KR102473123B1 - Structure, laminate thereof, manufacturing method and manufacturing apparatus therefor - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 다공질 구조체에 치밀한 구조체를 저렴하게 형성하기 위한 방법이 없다는 문제를 해결하기 위한 것이다. 또한 본 발명은 다공질 구조체 상에 치밀한 구조체의 형성을 용이하게 하는 중간층 역할을 하는 고품질의 저렴한 취성 물질로 제조된 구조체를 제공할 뿐만 아니라, 이의 적층체를 제공하기 위한 문제점을 해결한다. 상기 구조체에는 다수의 취성 입자를 포함하는 취성 입자의 응집체가 제공되고, 취성 입자의 응집체에는 취성 입자의 이동을 방지하기 위한 취성 재료 가교 구조체 영역이 제공되며, 취성 입자는 서로 인접하여 배치되며 그 주변을 따라 취성 재료 영역을 가지며, 취성 재료 영역을 통해 함께 가교(접속)되어 함께 결합된다.An object of the present invention is to solve the problem that there is no method for inexpensively forming a dense structure on a porous structure. In addition, the present invention solves the problem of providing a laminated body thereof as well as providing a structure made of a high-quality and inexpensive brittle material serving as an intermediate layer that facilitates the formation of a dense structure on a porous structure. The structure is provided with an aggregate of brittle particles including a plurality of brittle particles, the aggregate of brittle particles is provided with a brittle material cross-linked structure region for preventing the brittle particles from moving, and the brittle particles are disposed adjacent to each other and surrounded by the brittle particles. It has a brittle material region along the brittle material region and is bonded together by bridging (connecting) together through the brittle material region.

Description

구조체, 그 적층체, 그 제조 방법 및 제조 장치Structure, laminate thereof, manufacturing method and manufacturing apparatus therefor

본 발명의 한 실시형태는, 취성 재료의 미립자를 집합시킨 취성 입자 집합체를 구비하는 취성 재료 구조체, 그 적층체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명의 한 실시형태는 에어로졸화된 미립자를 기재에 분사하여, 구조물을 기재 위에 형성하는 구조체 및 그 제조 방법 및 그 제조 장치에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a brittle material structure comprising a brittle particle aggregate in which brittle material fine particles are aggregated, a laminate thereof, and a manufacturing method thereof. In addition, one embodiment of the present invention relates to a structure in which a structure is formed on a substrate by spraying aerosolized fine particles onto a substrate, a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus thereof.

세라믹, 합금 입자나 취성을 가지는 수지 등 취성 재료의 구조나 그 적층체, 또는 취성 재료를 원료로 하는 적층체라 하면, 일반적으로 경도가 높고 내마모성, 내열성, 그리고 내식성이 우수하기 때문에, 광학 부품이나 산업 기계 등의 범용 산업 기기, 스마트폰이나 PC 등의 정보 기기나 그들을 구성하는 전자 부품, 자동차, 발전용 가스 터빈과 우주 항공용 제트 엔진, 주방용품이나 가전, 태양전지, 연료전지, 리튬이온전지 등의 에너지 관련 부재, 그리고 틀니나 임플란트 등 의료부재 등 폭 넓은 분야에서 이용되고 있다. 그러나 취성 재료의 구조체나 그 적층체는 실온 근방에서는 일반적으로 부서지기 쉬운 성질이 있기 때문에 금속이나 가소성 수지처럼 소성 변형을 이용한 가공이 어렵고, 또한 경도가 높기 때문에 절삭 가공도 곤란하다. 그래서 취성 재료의 구조체나 특히 그 적층체를 형성할 때, 원료 분말을 성형하고 소성하거나 어떤 열적 에너지를 이용하여 용융시킴으로써 유동이 쉬운 상태로 제작하거나, 미세화하여 반응성이 높은 상태로 형성하는 것이 일반적이다. 예를 들어, 취성 재료의 구조체를 제조하는 방법으로서 소결법이나 대용융법(帶溶融法)이 알려져 있으며, 그 적층체를 제조하는 방법으로는 스퍼터링, 물리증착법, 그리고 화학증착법 등의 기상법, 용사법으로 대표되는 용융법, 화학용액법, 인쇄법 및 에어로졸 증착방법 등이 알려져 있다.Structures and laminates of brittle materials such as ceramics, alloy particles, and brittle resins, or laminates using brittle materials as raw materials generally have high hardness and excellent wear resistance, heat resistance, and corrosion resistance. General-purpose industrial devices such as machinery, information devices such as smartphones and PCs, and electronic parts that make up them, automobiles, gas turbines for power generation and jet engines for aerospace, kitchen appliances and home appliances, solar cells, fuel cells, lithium ion batteries, etc. It is used in a wide range of fields, such as energy-related members of the body and medical members such as dentures and implants. However, structures of brittle materials and laminates thereof are generally brittle at room temperature, so it is difficult to process using plastic deformation like metals or plastic resins, and also difficult to cut because of their high hardness. Therefore, when forming a structure of a brittle material or, in particular, a laminate thereof, it is common to mold and sinter the raw material powder or melt it using some thermal energy to produce it in a state that is easy to flow, or to form it in a highly reactive state by miniaturizing it. . For example, as a method of manufacturing a structure of a brittle material, a sintering method or a substitute melting method is known, and as a method of manufacturing the laminate, a gas phase method such as sputtering, physical vapor deposition, and chemical vapor deposition, or a thermal spraying method is known. Representative melting methods, chemical solution methods, printing methods, aerosol deposition methods, and the like are known.

소결법이나 인쇄법은, 일반적으로 원료가 되는 서브마이크로미터 내지 마이크로미터 정도의 분말입자를 그대로 또는 페이스트상으로 성형하고, 소결온도로 불리는 융점 이하의 온도까지 가열하여 유지함으로써 취성 재료 구조체를 제조하는 방법이다. 이 소성 시에는 고온으로 가열, 유지할 필요가 있기 때문에, 주변부에의 열적 영향이 불가피하고, 특히 금속이나 수지 등 다른 부재와 복합적인 구조를 제작하는 경우나 그 이종부재에 적층체를 제조하는 경우에는 일정한 제한이 수반된다.The sintering method or the printing method is a method of producing a brittle material structure by molding submicrometer to micrometer-sized powder particles, which are generally raw materials, as they are or in the form of a paste, and heating and maintaining the temperature below the melting point, which is called the sintering temperature. to be. During this firing, since it is necessary to heat and maintain a high temperature, thermal influence on the surrounding area is unavoidable. It comes with certain restrictions.

따라서 이러한 이종부재에의 열적 영향을 제한하는 취성 재료의 구조체나 적층체를 제조하는 방법으로서 용사법이 알려져 있다. 용사법에서는, 목적하는 취성 재료를 수 마이크로미터에서 수십 마이크로미터 정도의 분말 입자로 하여, 열플라즈마 또는 고속 연소 화염 중에 투입하고, 대상으로 하는 기재에 분사한다. 이때 투입된 분말 입자는 고온·고속의 열플라즈마 또는 연소 불꽃에 노출되어 가열 용융되고 가속되어 기재에 충돌한다. 가열원에 의해, 부분적으로 또는 완전히 용융되어 용융액적 상태가 된 입자는, 충돌 시 편평하게 되고 급냉되기 때문에, 충돌 방향으로 일그러진 종횡비(aspect ratio)를 가지는 스플랫(splat)이라 불리는 팬케익 형상 입자를 적층의 기본 단위로 한 구조체로 된다. 따라서 용사법은 취성 재료의 후막 구조체를 제작하는 데에는 좋은 방법이지만, 용융·응고라는 상변태를 수반하는 과정이기 때문에 용융 시 초기 원료의 결정 상태를 유지할 수 없으며, 급냉 응고 시 크랙이 발생하여 치밀한 구조체를 제작하는 것이 곤란하다(예를 들면, 비특허문헌1). 그래서 용사법에 의해 형성된 구조체의 밀도를 높이는 연구로서, 예를 들면 미립자의 비행 속도를 종래 용사법보다 고속화하거나, 종래 용사법에서 사용하는 원료 미립자보다 더 미세한 원료 미립자를 사용하는 등의 노력이 이루어지고 있다.Therefore, a thermal spraying method is known as a method of manufacturing a structure or laminate of brittle materials that limits the thermal effect on such heterogeneous members. In the thermal spraying method, the desired brittle material is made into powder particles of several micrometers to several tens of micrometers, put into a thermal plasma or high-speed combustion flame, and sprayed onto a target substrate. At this time, the injected powder particles are exposed to high-temperature and high-velocity thermal plasma or combustion flame, are heated and melted, and are accelerated to collide with the substrate. Particles that have been partially or completely melted by a heating source and become molten droplets are flattened and rapidly cooled upon collision, resulting in pancake-shaped particles called splats with an aspect ratio distorted in the direction of collision. It is the basic unit of stacking and becomes a structure. Therefore, although the thermal spraying method is a good method for producing a thick film structure of a brittle material, since it is a process involving phase transformation of melting and solidification, the crystalline state of the initial raw material cannot be maintained during melting, and cracks occur during rapid cooling and solidification to produce a dense structure. It is difficult to do (for example, Non-Patent Document 1). Therefore, as a study to increase the density of the structure formed by the thermal spraying method, for example, increasing the flight speed of the fine particles compared to the conventional thermal spraying method, or using finer raw material fine particles than those used in the conventional thermal spraying method. Efforts are being made.

한편, 원료를 승화시켜 기상 상태로 하여 적층체를 제조하는 스퍼터링 또는 물리증착법, 그리고 화학반응에 의해 취성 재료를 합성하면서 성형하는 화학증착법이라는 기술이 알려져 있다. 이들 기술에서는, 원료인 취성 재료는 높은 진공 상태에서 기상 상태로 승화되고, 기판 상에 과포화 상태가 된 입자가 석출되어 퇴적됨으로써 구조체를 형성한다. 치밀 막의 형성에 유리하지만, 일반적으로 형성 속도가 느린 점에서 두꺼운 구조를 형성하기가 곤란하다. 또한 고속으로 적층시키는 경우에는 치밀 막을 만드는 것은 곤란하며, 깃털(羽毛)이나 콜리플라워(cauliflower)를 상기시키는 주상정(柱狀晶) 형태의 조직이 형성되어 버린다(예를 들면 비특허문헌2).On the other hand, techniques such as sputtering or physical vapor deposition for producing a laminate by sublimating raw materials into a vapor state, and chemical vapor deposition for molding while synthesizing a brittle material by a chemical reaction are known. In these techniques, a brittle material as a raw material is sublimated in a gaseous state in a high vacuum state, and particles in a supersaturated state are precipitated and deposited on a substrate to form a structure. Although it is advantageous for forming a dense film, it is difficult to form a thick structure in that the formation speed is generally slow. In addition, when layering at high speed, it is difficult to make a dense film, and a structure in the form of columnar crystals reminiscent of feathers or cauliflower is formed (for example, Non-Patent Document 2). .

한편, 취성 재료를 고상 상태대로 분사하여 취성 재료의 구조체 및 그 적층체를 형성하는 방법으로서 에어로졸 증착 방법이 알려져 있다. 이 방법은 원료가 되는 취성 재료를 1㎛ 이하의 미세 입자로 하여 진공 상태에서 에어로졸로 분사함으로써, 입자 크기가 약 1㎛보다 작을 때 관찰할 수 있는 상온충격고화(常溫衝擊固化) 현상을 이용하여, 취성 재료의 구조체와 그 적층체를 형성하는 방법이다. 에어로졸 증착 방법은 매우 흥미로운 방법이지만, 충돌 현상에 부수하여 발생하는 현상을 이용하는 것이기 때문에, 자립 구조체를 얻기는 곤란하고, 상대 재료의 표면 경도와 평활도에 크게 의존하게 되는 점, 또 용사법에 비해 형성 속도가 느린 점을 과제로 들 수 있다(예를 들면 비특허문헌3).Meanwhile, an aerosol deposition method is known as a method of forming a brittle material structure and a laminate thereof by spraying the brittle material in a solid state. In this method, a brittle material as a raw material is made into fine particles of 1 μm or less and sprayed as an aerosol in a vacuum state, using the impact solidification phenomenon at room temperature that can be observed when the particle size is smaller than about 1 μm. , a method for forming a structure of brittle material and a laminate thereof. Although the aerosol deposition method is a very interesting method, it is difficult to obtain a self-supporting structure because it uses a phenomenon that occurs accompanying the collision phenomenon, and it is highly dependent on the surface hardness and smoothness of the other material, and the formation speed is higher than that of the thermal spray method. The fact that is slow can be cited as a problem (for example, Non-Patent Document 3).

한편, 콜드스프레이라는 기술이 알려져 있다. 이 방법은 충돌 시의 에너지에 의해 입자의 소성 변형을 일으켜 부착시키는 적층 방법이며, 소성 변형이 가능한 연성 재료에 대해 우수한 형성 방법이지만, 본 발명이 대상으로 하는 취성 재료에 대해서는 본질적으로 적용이 곤란하다(예를 들면 비특허문헌4).On the other hand, a technique called cold spray is known. This method is a lamination method in which particles are plastically deformed and attached by energy at the time of collision, and is an excellent forming method for ductile materials capable of plastic deformation, but is inherently difficult to apply to brittle materials targeted by the present invention. (For example, Non-Patent Document 4).

한편, 서두에 언급한 취성 재료의 적용 영역에 있어서, 응용 분야가 고도화됨에 따라, 세라믹 재료 등 취성 재료의 구조체 및 그 적층체에 대한 요구도 높아지고 있다. 예를 들어, 항공기 제트엔진의 터빈 부재에서는 다공질 열차폐 코팅이 화산재나 모래 등에 포함된 CMAS라 불리는 유리상 퇴적물에 의해 손상되는 문제가 심각해지고 있으며, 그 침입을 방지하는 취성 재료 구조체가 요구되고 있다(예를 들면 비특허문헌5).On the other hand, in the application area of the brittle material mentioned at the outset, as the application field is advanced, the demand for a structure of brittle material such as ceramic material and a laminate thereof is also increasing. For example, in a turbine member of an aircraft jet engine, the problem of damage to the porous thermal barrier coating by vitreous deposits called CMAS included in volcanic ash or sand is becoming serious, and a brittle material structure that prevents the intrusion is required ( For example, non-patent literature 5).

또한 전지 재료 등 에너지 관련 부재에 있어서도 가스나 연료 등을 투과할 것이 요구되는 다공질 전극 재료에 있어서, 고체 전해질로서, 투과 방지층을 겸한 취성 재료 구조체가 필요하다. 또한 의료 부재에서도, 인공 뼈 등 다공질 재료에 대해, 평활 표면을 얻기 위한 취성 재료인 세라믹 구조체가 요구되고 있다. 또한 전기 절연 재료에서도 전극 재료 위에 절연성을 담보하는 취성 재료인 세라믹 구조체가 필요해지고 있다.Also in energy-related members such as battery materials, a brittle material structure that also serves as a permeation prevention layer is required as a solid electrolyte in porous electrode materials that are required to pass gas or fuel. Also in medical members, a ceramic structure that is a brittle material for obtaining a smooth surface is required for a porous material such as artificial bone. In addition, even in electrical insulation materials, a ceramic structure, which is a brittle material that secures insulation properties, is required on electrode materials.

또한 최근 주목받고 있는 기술로서, 적층 제조 기술(additional manufacturing technology) 또는 3차원 조형 기술로 불리는 기술이 있다. 이 기술은 복잡한 3차원 구조물을 층구조로 분해하여 2차원 적층물로서 적층하여감으로써 3차원 구조물을 제작하는 기술이다. 이 기술에서는 층을 겹쳐가기 때문에, 원리적으로 층간의 단차로 인한 표면 거칠기가 발생하는 것이 과제가 되고 있다. 수지나 금속의 경우에는 후가공이 비교적 용이하지만, 세라믹 3차원 조형은 경도가 높기 때문에 후가공이 곤란하다.Also, as a technology that has recently attracted attention, there is a technology called additive manufacturing technology or 3D modeling technology. This technology is a technology for manufacturing a 3D structure by decomposing a complex 3D structure into a layered structure and stacking them as a 2D laminate. Since the layers are overlapped in this technology, in principle, the occurrence of surface roughness due to the level difference between the layers is a problem. In the case of resin or metal, post-processing is relatively easy, but ceramic 3D modeling is difficult to post-process because of its high hardness.

이들의 공통 과제를 정리하면, 가스 등 유동성 물질의 투과 및 내열 충격성을 목적으로 한 다공질 구조체 상에 침투 성분의 침입 방지 또는 전기 절연성을 목적으로 하는 취성 재료의 치밀 구조체를 형성하는 것은 해결해야만 하는 시급한 과제이다. 그러나 현실적으로는 위에서 언급한 수단으로 다공질 구조체 상에 치밀 구조체를 저렴하고 쉽게 형성하기는 어렵다.Summarizing these common problems, forming a dense structure of brittle materials for the purpose of prevention of penetration of penetrating components or electrical insulation on a porous structure for the purpose of permeation of fluid substances such as gas and thermal shock resistance is an urgent need to be solved. It is a task. However, in reality, it is difficult to cheaply and easily form a dense structure on a porous structure by the above-mentioned means.

예를 들면, 용사법에서는 다공질 구조체에 취성 재료의 후막 구조체를 형성할 수 있다. 그러나 후막 구조체에는 급냉 응고로 인한 크랙이 통상 포함되어 있어, 치밀 구조체를 얻을 수 없다. 이 과제를 해결하기 위해, 퇴적된 용사막에 레이저에 의해 글레이징(glazing)하는 방법을 들 수 있다(예를 들면 비특허문헌6). 그러나 레이저 글레이징에서는 상변태가 본질적으로 수반되기 때문에 급냉 응고·냉각 시에 따른 수축에 의해 크랙이 도입되어 버려, 국부적으로 치밀도가 높은 구조체를 얻을 수 있지만, 전체적으로는 봉지 기능을 충분히 발휘할 수 없다.For example, in the thermal spraying method, a thick film structure of a brittle material can be formed on a porous structure. However, the thick film structure usually contains cracks due to rapid solidification, so that a dense structure cannot be obtained. To solve this problem, a method of glazing the deposited thermal sprayed coating with a laser can be cited (for example, Non-Patent Document 6). However, since phase transformation is inherently involved in laser glazing, cracks are introduced due to contraction during rapid solidification and cooling, and a structure with high density can be obtained locally, but the sealing function cannot be sufficiently exhibited as a whole.

에어로졸 증착 방법은 미립자를 에어로졸화하여 상온·감압 하에서 노즐로부터 고속으로 에어로졸을 기재에 분사하여, 미립자의 운동 에너지에 의해 미립자끼리나 미립자와 기재가 충돌하여 일어나는 충돌 압력을 이용하여, 열이력을 갖지 않는 치밀한 구조체를 얻는 방법이다. 에어로졸 증착 방법은, 취성 재료를 상변태 없이 퇴적시킬 수 있기 때문에, 치밀한 취성 재료 구조체를 제작할 수 있다. 그러나 다공질 구조체 위에 적층하면 기공 부분이 분사에 의해 쌓이게 되어, 즉 분체가 쌓여 버려, 기공 위치에 압축 분말체가 형성되는 문제가 있다. 이 때문에 다공성 구조체 위에 에어로졸 증착법으로 치밀한 취성 재료 구조체를 적층시키는 것은 곤란하다.In the aerosol deposition method, fine particles are aerosolized, and the aerosol is sprayed from a nozzle at high speed at room temperature and reduced pressure on a substrate, and the collision pressure caused by collision between the particles or between the particles and the substrate due to the kinetic energy of the particles is used, and has no thermal history. method to obtain a dense structure that does not Since the aerosol deposition method can deposit a brittle material without phase transformation, a dense brittle material structure can be fabricated. However, when laminated on a porous structure, there is a problem in that the pore portion is piled up by spraying, that is, the powder is piled up, and a compressed powder body is formed at the pore position. For this reason, it is difficult to laminate a dense brittle material structure on a porous structure by an aerosol deposition method.

한편, 종래의 에어로졸 증착 방법에 의해 형성되는 구조체는, 균일하며 비정질상 등을 포함하지 않는 치밀한 미립자간 접합 영역을 가진다. 종래 에어로졸 증착 방법에 의해 형성된 구조체는, 미립자가 기재에 충돌할 때 기재에 형성되는, 미립자의 기재 침투에 의한 앵커 층이라는 구조에 의해 미립자와 기재의 높은 밀착성이 보장되어 있다. 에어로졸 증착법으로 대표되는, 초미립자 재료를 가속하여 기판에 충돌시켜 증착시키는 증착 방법에 있어서, 초미립자나 기판에 고에너지의 빔을 조사하여, 입자를 활성화하는 방법이 제안되어 있다.On the other hand, a structure formed by a conventional aerosol deposition method has a dense bonding region between fine particles that is uniform and does not contain an amorphous phase or the like. In the structure formed by the conventional aerosol deposition method, high adhesion between the particles and the substrate is ensured by a structure called an anchor layer formed on the substrate when the particles collide with the substrate, by penetration of the particles into the substrate. In a vapor deposition method typified by an aerosol deposition method in which ultrafine particle materials are accelerated and deposited by colliding with a substrate, a method of irradiating ultrafine particles or a substrate with a high-energy beam to activate the particles has been proposed.

특허문헌1에서는 초미립자나 기판에, 이온, 원자, 분자 빔이나 저온 플라즈마 등의 고 에너지 원자, 분자인 고속의 고에너지 빔을 조사함으로써 초미립자 재료를 용융 또는 분해하지 않고, 오염층이나 산화물층을 제거하거나 비정질화함으로써 활성화하고, 낮은 속도로 충돌해도, 저온 상태에서 초미립자와 기재 또는 초미립자 상호의 견고한 결합을 실현하여, 초미립자의 결정성을 유지하여 치밀하고 뛰어난 물성과 기판에의 양호한 밀착성을 가지는 얇은 피막을 형성하는 방법이 개시되어 있다.In Patent Document 1, ultrafine particles or a substrate are irradiated with high-speed, high-energy beams such as high-energy atoms or molecules such as ion, atom, and molecular beams or low-temperature plasma to remove contamination layers and oxide layers without melting or decomposing ultrafine particle materials. It is activated by amorphization or amorphization, and realizes a strong bond between ultrafine particles and a substrate or between ultrafine particles in a low-temperature state even if they collide at a low speed. A method of forming is disclosed.

특허문헌2에는 기판에 초미립자가 도달하기 전에 고에너지 빔을 조사하는 방법이 개시되어 있다. 특히 조사 에너지를 1kW 이하로 하는 것이 유효하다고 되어 있다.Patent Document 2 discloses a method of irradiating a high-energy beam before ultrafine particles reach a substrate. It is said that it is effective to make irradiation energy into 1 kW or less especially.

특허문헌3에는 감압 분위기 하에서 취성 재료 입자 표면의 불순물을 제거하기 위해 에너지 조사를 실시하여, 불순물이 제거된 미립자를 에어로졸화하고 충돌시켜, 입자를 파쇄·변형시킴으로써 구조물을 기판 표면에 형성시키는 방법이 제안되어 있다.In Patent Document 3, there is a method of forming a structure on the surface of a substrate by performing energy irradiation to remove impurities from the surface of brittle material particles in a reduced pressure atmosphere, aerosolizing fine particles from which impurities have been removed, and colliding them to crush and deform the particles. It is proposed.

특허문헌1~특허문헌3 모두에서 구조체에 대한 구체적인 설명은 존재하지 않아, 특정 구조체를 의도한 발명이 아닌 것은 분명하다. 또한 대상 재료도 기판이며 판상의 상대 재료를 대상으로 하고 있기 때문에, 그 적층체 구조물도 평탄한 재료 상에의 적층을 의도한 것으로 생각되며, 다공질 구조체 상에 치밀 구조체의 형성이 목적이 아닌 것은 분명하다.In all of Patent Literature 1 to Patent Literature 3, there is no specific description of the structure, so it is clear that a specific structure is not an intended invention. In addition, since the target material is also a substrate and the plate-shaped counterpart material is the target, it is considered that the laminate structure is also intended to be laminated on a flat material, and it is clear that the purpose is not to form a dense structure on a porous structure. .

이상으로부터, 다공질 구조체 상에 치밀 구조체를 적층시키는 것은 일반적으로 곤란함을 알 수 있다. 또한 어떤 방법으로든, 원료 입자의 결정성을 유지하면서 치밀한 구조체를 얻는 것을 기본으로 하고, 실질적인 성막 속도, 원료 분말의 이용 효율을 유지하면서 실용적인 기계적 강도나 균질성, 대면적의 후막 형성을 동시에 실현할 수 없었다.From the above, it can be seen that it is generally difficult to laminate a dense structure on a porous structure. In addition, by any method, it is based on obtaining a dense structure while maintaining the crystallinity of the raw material particles, and practical mechanical strength, homogeneity, and large-area thick film formation could not be realized at the same time while maintaining a practical film formation speed and utilization efficiency of the raw material powder. .

특허문헌1: 일본특허공개 2001-247979호 공보Patent Document 1: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-247979 특허문헌2: 일본특허공개 2000-212766호 공보Patent Document 2: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-212766 특허문헌3: 일본특허공개 2008-88559호 공보Patent Document 3: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-88559

비특허문헌1: H. Herman, Scientific American 259 [3] (1988) 112-117Non-Patent Document 1: H. Herman, Scientific American 259 [3] (1988) 112-117 비특허문헌2: J.A. Thornton, Annual Review of Materials Science 7 (1977) 239-260Non-Patent Document 2: J.A. Thornton, Annual Review of Materials Science 7 (1977) 239-260 비특허문헌3: J. Akedo, Journal of the American Ceramic Society 89 [6] (2006) 1834-1839Non-Patent Document 3: J. Akedo, Journal of the American Ceramic Society 89 [6] (2006) 1834-1839 비특허문헌4: A. Papyrin et al., Cold spray technology, Elsevier (2006)Non-Patent Document 4: A. Papyrin et al., Cold spray technology, Elsevier (2006) 비특허문헌5: J. M. Drexler et al., Advanced Materials 23 (2011) 2419-2424Non-Patent Document 5: J. M. Drexler et al., Advanced Materials 23 (2011) 2419-2424 비특허문헌6: C. Batista et al., Surface and Coatings Technology 200 [24] 6783-6791Non-Patent Document 6: C. Batista et al., Surface and Coatings Technology 200 [24] 6783-6791

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 다공질 구조체 상에 치밀 구조체를 저렴하게 형성하는 방법이 없다는 점이다. 또한 다공질 구조체에 치밀 구조체의 형성을 용이하게 하기 위한 중간층으로서, 양질의 저렴한 취성 재료 구조체 및 그 적층체를 제공하는 것을 과제로 한다.One problem to be solved by the present invention is that there is no method for inexpensively forming a dense structure on a porous structure. Another object of the present invention is to provide a high-quality and inexpensive brittle material structure and a laminate thereof as an intermediate layer for facilitating formation of a dense structure on a porous structure.

한편, 종래의 용사법이나 전술한 연구 등을 실시한 용사법에서는, 형성되는 취성 재료의 구조체는, 미립자 전체를 용융하고, 열에 의한 물질 유동을 이용하고 있기 때문에, 구조체 내의 취성 재료 미립자가 접합한 계면 등에는, 급속한 용융 응결에 의해, 기액 치환 불량에 의한 다수의 기공이나 보이드가 포함된다. 또한 급속한 용융 응결 시 크랙이 구조체 내에 발생되어버려 균질하고 치밀한 구조체를 형성하는 것이 곤란하다. 또한 종래의 용사법에 의해 형성되는 구조는 용융 액적 상태가 된 취성 입자가 충돌 시 편평하고, 급냉되기 때문에, 충돌 방향으로 일그러진 종횡비를 가지는 스플랫이라 불리는 팬케익 모양 입자 형상을 나타내는 층상 조직을 구조체에 포함하기 때문에, 등방성 구조를 가지는 구조체를 형성하는 것은 곤란하다. 또한 종래의 용사법에서는 원료 미립자의 재응고 시, 예를 들면 α상만으로 이루어진 Al2O3 입자를 출발 원료로 하여 형성했음에도 불구하고, 구조체 중에서 γ상을 포함하는 Al2O3로 변태하는 등, 원료 미립자 결정 구조의 결정 상변태를 동반하기 때문에, 원료 미립자 본래의 결정 구조는 유지할 수 없고, 구조체가 얻어지는 원료 미립자에서 유래하는 기능성은 저하되어 버린다.On the other hand, in the conventional thermal spraying method and the thermal spraying method conducted in the above-mentioned research, since the formed brittle material structure melts the entire microparticles and uses the material flow by heat, the interface where the brittle material microparticles in the structure are joined , due to rapid melting and condensation, a large number of pores or voids due to poor gas-liquid substitution are included. In addition, it is difficult to form a homogeneous and dense structure because cracks are generated in the structure during rapid melting and solidification. In addition, the structure formed by the conventional thermal spraying method includes a layered structure representing a pancake-shaped particle shape called splat, which has a distorted aspect ratio in the direction of collision, because the brittle particles in the state of molten droplets are flat and rapidly cooled upon collision. Therefore, it is difficult to form a structure having an isotropic structure. In addition, in the conventional thermal spraying method, when the raw material fine particles are re-solidified, for example, even though Al 2 O 3 particles composed of only α phase are formed as a starting material, they are transformed into Al 2 O 3 containing γ phase in the structure, etc. Since the crystal structure of the raw material fine particles is accompanied by crystal phase transformation, the original crystal structure of the raw material fine particles cannot be maintained, and the functionality derived from the raw material fine particles from which the structure is obtained is reduced.

종래의 에어로졸 증착법에서는, 미립자끼리 또는 미립자와 기재가 충돌하여 발생되는, 충돌 압력에 의한 물질 유동을 이용하고 있기 때문에, 원료 입자의 결정 구조가 유지되어, 치밀한 구조체가 형성되지만, 충돌 파쇄에 의해 형성되는 미립자 표면의 미립자끼리나 미립자와 기재 사이의 접합에 기여하는 활성면의 면적은 작게 되고, 그 결과 원료 미립자의 이용 효율이 낮아지며, 또한 용사법만큼 구조체를 형성하는 속도가 높지 않아, 대형 구조물 등을 대상으로 한 용도로는 실용성이 부족했다.In the conventional aerosol deposition method, since the material flow due to the collision pressure generated by the collision between the particles or between the particles and the substrate is used, the crystal structure of the raw material particles is maintained and a dense structure is formed. The area of the active surface that contributes to the bonding between the particles or between the particles and the substrate on the surface of the particles to be formed becomes small, and as a result, the efficiency of using the particles of the raw material is lowered, and the speed of forming the structure is not as high as that of the spraying method, so that large structures, etc. Its intended use lacked practicality.

더욱이, 전술한 종래의 용사법이나 종래의 에어로졸 증착법에 공통된 과제로서, 구조체에 사용할 수 있는 기재의 형상이나 기재의 재질에 제한이 있다. 예를 들면 열가소성 수지 기재는 종래의 용사법에서는 기재에의 열손상이 크며, 한편 에어로졸 증착법에서는 접합 영역을 형성하는 데 필요한 충돌 압력이 작아서, 두 경우 모두 구조체를 얻기가 곤란하다. 또한 구조체를 얻을 수 있다고 해도, 기재와 미립자의 접합 영역의 밀착성을 보장하기 위해, 종래의 용사법에서는 기판 표면에 요철을 붙이거나, 종래의 에어로졸 증착 방법에서는 기판 표면을 평활하게 하거나, 그 외에도 원료 미립자와는 이종 재료로 이루어지는 지층(地層)을 붙이거나 하는, 기재에 대한 전처리 공정이 필요하다. 이상으로부터 종래의 방법에서는, 기재의 재질이나 형상에 얽매이지 않고, 원료 미립자의 특성을 유지한 구조체를 형성하는 것은 일반적으로 곤란하다.Furthermore, as a problem common to the conventional thermal spraying method and the conventional aerosol deposition method described above, there is a limit to the shape or material of the substrate that can be used for the structure. For example, a thermoplastic resin substrate suffers from large thermal damage to the substrate in the conventional thermal spraying method, while the impact pressure required to form a bonding region is small in the aerosol deposition method, making it difficult to obtain a structure in both cases. In addition, even if a structure can be obtained, in order to ensure adhesion between the substrate and the fine particle bonding area, irregularities are attached to the substrate surface in the conventional thermal spraying method, the substrate surface is smoothed in the conventional aerosol deposition method, or other raw material fine particles It requires a pretreatment step for the base material, such as attaching a ground layer made of a different material. From the above, in the conventional method, it is generally difficult to form a structure that retains the characteristics of the raw material fine particles, regardless of the material or shape of the base material.

따라서 본 발명의 또 하나의 과제는 구조체를 형성하는 미립자나 기판에 대해 열 및 물리적 손상을 주지 않고, 원료인 미립자의 특성 기능을 유지하며, 우수한 기계적·전기적 물성과 양호한 피복성 및 밀착성을 가지는 결정 구조체를 형성하는 것이다. 또한 본 발명의 또 하나의 과제는 구조체를 형성하는 미립자나 기재에 대해 열 및 물리적 손상을 주지 않고, 원료인 미립자의 특성 기능을 유지하며, 우수한 기계적·전기적 물성과 양호한 피복성 및 밀착성을 가지는 결정 구조체의 제막 방법을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 또 하나의 과제는 구조체를 형성하는 미립자나 기재에 열 및 물리적 손상을 주지 않고, 원료인 미립자의 특성 기능을 유지하며, 우수한 기계적·전기적 물성과 양호한 피복성 및 밀착성을 가지는 결정 구조체의 제막 장치를 제공하는 것이다.Therefore, another object of the present invention is a crystal that does not cause thermal or physical damage to the particles or substrate forming the structure, maintains the characteristics and functions of the particles as a raw material, and has excellent mechanical and electrical properties and good coating and adhesion. to form a structure. In addition, another object of the present invention is a crystal that does not cause thermal or physical damage to the particles or substrate forming the structure, maintains the characteristics and functions of the particles as a raw material, and has excellent mechanical and electrical properties and good coating and adhesion. It is to provide a method for forming a film of a structure. In addition, another object of the present invention is a crystal structure that does not cause heat or physical damage to the particles or substrate forming the structure, maintains the characteristics and functions of the particles as a raw material, and has excellent mechanical and electrical properties and good coating and adhesion. It is to provide a film forming device of

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 복수의 취성 입자를 가지는 취성 입자 집합체를 구비하는 구조체로서, 취성 입자 집합체는, 서로 인접하여 배치되며, 주위에 취성 재료 영역을 구비하는 취성 입자가, 취성 재료 영역에 의해 가교(접속)됨으로써, 상기 취성 입자 간을 결합하고, 상기 취성 입자의 이동을 저지하는 취성 재료 가교 구조체 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 구조체가 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a structure comprising brittle particle aggregates having a plurality of brittle particles, wherein the brittle particle aggregates are disposed adjacent to each other, and the brittle particles having a brittle material region around the brittle material region Provided is a structure characterized by having a brittle material crosslinked structure region that bonds between the brittle particles and prevents the brittle particles from moving by being crosslinked (connected) by a.

본 발명의 일 실시형태에서, 취성 재료 가교 구조체 영역이 취성 입자 사이에 3차원 네트워크 구조를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the brittle material crosslinked structure region may have a three-dimensional network structure between brittle particles.

본 발명의 일 실시형태에서, 취성 재료 가교 구조체 영역이 특히 비정질일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the brittle material cross-linked structure region may be particularly amorphous.

본 발명의 일 실시형태에서, 취성 재료 가교 구조체 영역이 취성 입자 표면에 거의 균일할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the brittle material cross-linked structure region may be substantially uniform on the surface of the brittle particle.

본 발명의 일 실시형태에서, 취성 재료 가교 구조체 영역은 공극을 구비할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the brittle material crosslinked structure region may have voids.

본 발명의 일 실시형태에서, 취성 재료 가교 구조체 영역의 두께가 100nm 이하일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the brittle material crosslinked structure region may be 100 nm or less.

본 발명의 일 실시형태에서, 취성 재료 가교 구조체 영역이 취성 입자의 구성 원소와 동일한 원소로 구성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the brittle material crosslinked structure region may be composed of the same elements as those of the brittle particles.

본 발명의 일 실시형태에서, 취성 입자의 크기가 5㎛ 미만일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the size of the brittle particles may be less than 5 μm.

본 발명의 일 실시형태에서, 구조체의 경도가 취성 입자의 경도에 대해 0.1 이상 1 미만일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the hardness of the structure may be greater than or equal to 0.1 and less than 1 relative to the hardness of the brittle particles.

본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체가 기재 상에 배치된 적층 구조체가 제공된다.A laminated structure in which a structure according to an embodiment of the present invention is disposed on a substrate is provided.

본 발명의 일 실시형태에서, 취성 입자는 기재에 대해 수직으로 편평한 형상을 갖출 수 있다. In one embodiment of the present invention, the brittle particles may have a flat shape perpendicular to the substrate.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 기재가 다공질체일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the substrate may be a porous body.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 미립자는 변형 후 결정자 크기가 1nm 이상 300nm 이하를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the microparticles may have a crystallite size of 1 nm or more and 300 nm or less after deformation.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 구조체는 0.02<내부압축응력/비커스경도<0.5일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the structure may have 0.02<internal compressive stress/Vickers hardness<0.5.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 미립자의 단변/장변의 값이, 상기 기재의 계면 근방 미립자 값>상기 구조체 표층 근방의 미립자 값일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the value of the short/long side of the fine particle may be the value of the fine particle near the interface of the substrate > the value of the fine particle near the surface layer of the structure.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 구조체는 직류, 교류 중 하나의 측정에서 절연내압 20kV/mm 이상을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the structure may have an insulation withstand voltage of 20 kV/mm or more in either direct current or alternating current measurement.

또한 본 발명의 일 실시형태에서, 원료 미립자 중 1차 입자가 응집된 응집 입자를 1차 입자로 분쇄하고, 상기 1차 입자의 표면을 활성화시켜 활성 영역을 생성하고, 복수의 상기 활성 영역을 구비하는 상기 1차 입자를 기재에 대해 분출하여, 복수의 상기 활성 영역을 구비하는 1차 입자를, 상기 활성 영역을 통해 접합시키는 구조체의 제조 방법을 제공한다.In addition, in one embodiment of the present invention, agglomerated particles in which primary particles are agglomerated among the raw material fine particles are pulverized into primary particles, and the surface of the primary particles is activated to generate an active region, and a plurality of the active regions are provided. Provided is a method for manufacturing a structure in which the primary particles having a plurality of the active regions are bonded through the active regions by ejecting the primary particles to a substrate.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 구조체의 제조 방법에 있어서, 상기 1차 입자의 충돌 파쇄 효과와 플라즈마의 열적 효과에 의해, 상기 1차 입자 표면에 활성 영역을 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the manufacturing method of the structure, an active region may be formed on the surface of the primary particle by a collision crushing effect of the primary particle and a thermal effect of plasma.

또한 본 발명의 일 실시형태에서, 에어로졸 발생기, 분쇄기(解碎器), 플라즈마 발생장치 및 상기 플라즈마 발생장치에 접속되는 노즐을 구비하고, 상기 플라즈마 발생장치의 전단에 상기 분쇄기를 설치하고, 상기 분쇄기는 에어로졸 발생기로부터 반송된 1차 입자가 응집된 응집 입자를 분쇄하여, 상기 플라즈마 발생장치에 반송하는 구조체 제조 장치가 제공된다.In addition, in one embodiment of the present invention, an aerosol generator, a grinder, a plasma generating device, and a nozzle connected to the plasma generating device are provided, the grinder is installed in front of the plasma generating device, and the grinder Provided is a structure manufacturing device that pulverizes agglomerated particles in which primary particles transported from the aerosol generator are agglomerated and transports them to the plasma generating device.

본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체를 이용하면, 목적하는 결정상의 취성 재료 구조체를 쉽게 얻을 수 있다. 즉 본 발명의 실시형태에 따르면, 양질의 저렴한 취성 재료 구조체 및 그 적층체를 제공할 수 있기 때문에, 취성 재료 가교 구조체 영역으로 명명한 주상(主相)인 취성 재료 입자보다도 자유에너지가 높거나 같은 상태의 취성 재료 영역에 의해 주상인 취성 재료 입자를 연결한 구조를 취함으로써, 다공질 구조체와 치밀한 구조체의 중간 형태인 취성 재료 구조체를 제조할 수 있다.By using the structure according to one embodiment of the present invention, a desired crystalline brittle material structure can be easily obtained. That is, according to the embodiment of the present invention, since it is possible to provide a high-quality, inexpensive brittle material structure and a laminate thereof, the free energy is higher than or equal to that of brittle material particles, which are the main phase, named the brittle material crosslinked structure region. A brittle material structure intermediate between a porous structure and a dense structure can be manufactured by adopting a structure in which brittle material particles in a columnar shape are connected by brittle material regions in the state.

본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 재료 구조체는 이방성이 작기 때문에, 복잡한 형상의 표면에 형성할 수 있다. 이때 깁스 자유에너지가 높은 상태에 있으므로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 3차원 네트워크 구조는 활성 상태에 있기 때문에 다공질 구조체 상에 밀착력이 높게 형성할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 재료 구조체는 취성 재료의 3차원 네트워크 구조를 취하기 때문에, 그 구조 자체가 봉지 성능을 향상시키는 기능을 가지고 있다. 또한 표면의 평활도가 높기 때문에 표면에 치밀한 취성 재료를 적층시키는 것이 가능하여, 적층체로서 봉지 기능을 가질 수 있다. 이러한 점에서 본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 재료 구조체는 다공질 구조체와 치밀한 구조체를 접착하는 중간 접착층적인 역할을 하는 구조체로도 이용할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 재료 구조체는 3차원 네트워크 구조에 끼워진 메조 스케일의 공극을 가질 수 있기 때문에, 구조체의 겉보기 탄성률이나 열전도도 등 기계적 특성, 열 특성을 제어할 수 있다. 이는 장주기의 크랙 등 균열을 방지하여, 구조체의 봉지 기능 저하를 방지하는 점에서 유리하다. 또한 이차적인 효과로서 본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 재료 구조체는 그 구조로부터 적층 능력이 우수하기 때문에, 종래의 취성 재료 구조체의 제조 공정으로 제조한 구조체보다도 빨리 형성할 수 있다. 따라서 저렴하고 간편하게 제조할 수 있다.Since the brittle material structure according to one embodiment of the present invention has low anisotropy, it can be formed on a surface having a complicated shape. At this time, since the Gibbs free energy is in a high state, the three-dimensional network structure according to one embodiment of the present invention is in an active state, so it can be formed with high adhesion on the porous structure. In addition, since the brittle material structure according to an embodiment of the present invention takes a three-dimensional network structure of brittle materials, the structure itself has a function of improving encapsulation performance. In addition, since the smoothness of the surface is high, it is possible to laminate a dense brittle material on the surface, and it can have a sealing function as a laminate. In this regard, the brittle material structure according to one embodiment of the present invention can also be used as a structure serving as an intermediate bonding layer for bonding a porous structure and a dense structure. In addition, since the brittle material structure according to an embodiment of the present invention may have meso-scale pores embedded in the three-dimensional network structure, mechanical and thermal properties such as the apparent elastic modulus and thermal conductivity of the structure may be controlled. This is advantageous in that cracks such as long-period cracks are prevented and deterioration in the sealing function of the structure is prevented. In addition, as a secondary effect, since the brittle material structure according to one embodiment of the present invention has excellent stacking ability from its structure, it can be formed faster than a structure manufactured by a conventional brittle material structure manufacturing process. Therefore, it can be manufactured inexpensively and simply.

또한 본 발명의 실시형태에 따르면, 구조체를 형성하는 기재에 대해 열 및 물리적 손상을 주지 않고 구조체를 형성할 수 있다. 또한 원료 미립자의 결정 구조가 유지되기 때문에 미립자의 특성 기능을 유지한 치밀한 구조체를 형성할 수 있다. 또한 구조체 중의 미립자 접합 영역 및 미립자와 기재의 접합 영역에 본 발명의 구조 상 특징을 가짐으로써, 우수한 기계적, 전기적 물성과 우수한 피복성 및 밀착성을 가지는 구조체를 형성할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 구조체를 형성하는 기재에 대해 열 및 물리적 손상을 주지 않고 구조체를 제막할 수 있는 제조 방법을 제공한다. 또한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 구조체를 형성하는 기재에 열 및 물리적 손상을 주지 않고 구조체를 제막할 수 있는 제조 장치를 제공한다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the structure can be formed without heat and physical damage to the substrate forming the structure. In addition, since the crystal structure of the raw material microparticles is maintained, it is possible to form a dense structure maintaining the characteristic functions of the microparticles. In addition, by having the structural features of the present invention in the bonding area between the microparticles and the bonding area between the microparticles and the substrate in the structure, a structure having excellent mechanical and electrical properties and excellent covering properties and adhesion can be formed. In addition, according to one embodiment of the present invention, a manufacturing method capable of forming a structure without causing heat and physical damage to a substrate forming the structure is provided. In addition, according to one embodiment of the present invention, a manufacturing apparatus capable of forming a structure into a film without heat and physical damage to a substrate forming the structure is provided.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 미립자 집합체의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 미립자 집합체의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 재료 구조체 형성에 이용되는 플라즈마 원용 초미립자 구조체 형성 장치(10)의 구성 설명도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 의해 얻어진 구조체 단면의 주사투과전자현미경 이미지 및 전자에너지손실분광법의 맵핑 도면이다. (a)는 주사투과전자현미경에 의한 원환상 암시야 이미지(annular dark-field imaging)이다. (b)는 전자에너지손실분광법에 의한 α알루미나의 맵핑 결과이며, (c)는 전자에너지손실분광법에 의한 γ알루미나의 맵핑 결과이며, (d)는 전자에너지손실분광법에 의한 비정질 알루미나의 맵핑 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 원료 입자, 구조체(아르곤 가스), 구조체(헬륨 가스)의 X선 회절 결과이다.
도 6의 (a)는 원료 알루미나 분말 단면의 주사전자현미경 이미지이다. 도 6의 (b)는 (a)의 점선 영역의 확대 이미지이다.
도 7은 알루미나 용사 피막 단면의 투과전자현미경 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체 단면의 투과전자현미경 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체 단면의 투과전자현미경 이미지이다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 적층체의 단면의 주사전자현미경 이미지이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체(1100)의 단면 모델이다.
도 12의 (a)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체(1200)의 단면 모델이다. 도 12의 (b)는 기재(1204)에 퇴적되어 형성된 표면 형상이 변형된 미립자(1201)의 상세한 사항을 설명하는 단면 모델이다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체(1300)의 단면 모델이다.
도 14의 (a)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체(1100)의 미립자끼리의 접합 영역을 확대한 것이며, (b)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체(1200)의 미립자끼리의 접합 영역을 확대한 것이다.
도 15의 (a)는 단결정 미립자(1010)를 육각형 단결정으로 나타내며, (b)는 결정자(1022)를 가지는 육각형 다결정 미립자(1021)로서 나타내고, (c)는 결정자(1032)를 가지는 육각형 다결정 미립자(1031)가 응집된 응집 분말(1030)을 나타낸다.
도 16의 (a)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체를 형성하는 데 사용되는 원료 미립자(1501)를 나타내고, (b)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체를 구성하는 변형이 적은 미립자(1101)을 나타내며, (c)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체 중 변형이 큰 미립자(1201)를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체 제조용 장치(2000)의 모식도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 19의 (a)는 종래의 에어로졸 증착법에 의한 원료 미립자(1041)의 충돌 파쇄 변형 단면 모델이며, (b)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법에 의한 원료 미립자(1041)가 충돌 파쇄 변형되는 단면 모델이다.
도 20의 (a)는 종래 에어로졸 증착법에 의한 입자 간 결합, 입자/기판 간 결합의 단면 모델이며, (b)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법에 의한 입자 간 결합, 입자/기판 간의 결합 단면 모델이다.
도 21의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 미립자의 주사투과전자현미경 이미지를 나타내며, (b)는 전자에너지손실분광법의 맵핑도를 나타낸다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 원료 미립자를 이용한 표면 관찰 이미지를 나타낸다.
도 23의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 출발 원료로 이용한 α-Al2O3를 나타내며, (b)는 미립자를 이용하여 형성한 본 발명에 따른 구조체의 단면 투과전자현미경 이미지를 나타내며, (c)는 비교로서, 출발 원료를 이용하여 에어로졸 증착 방법에 의해 형성한 구조체의 단면 투과전자현미경 이미지를 나타낸다.
도 24의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체(1600)의 단면 SEM 이미지를 나타내며, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체(1700)의 단면 SEM 이미지를 나타낸다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체(1600)의 X선 회절 패턴을 나타낸다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체(1700)의 X선 회절 패턴을 나타낸다.
도 27은 실시예 9 및 실시예 10에서 얻어진 구조체의 X선 회절 패턴을 나타낸다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 원료 미립자의 이용 효율비를 나타낸다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 원료 미립자의 이용 효율비를 나타낸다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공질 세라믹을 기재(1804)로 한 구조체(1800)의 주사투과전자현미경에 의한 단면 이미지를 나타내며, (b)는 (a)의 확대도이다.
도 31의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 셀로판 테이프를 마스킹에 이용한 결과를 나타내고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 폴리이미드 테이프를 마스킹에 이용한 결과를 나타낸다.
도 32의 (a)~(e)는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체를 나타내고, (f)는 본 발명의 일 실시예에 따른 만곡 형상을 가지는 기재를 이용한 구조체를 나타낸다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 다공질 기재를 이용한 구조체의 사진이다.
도 34의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체의 파단면을 FE-SEM으로 관찰한 이미지이며, (b)는(a)의 기재 계면 근방(3114)을 확대한 관찰 이미지이며, (c)는 (a)의 표층 근방(3113)을 확대한 관찰 이미지이다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 경사 구조체(3100)의 단면 모델이다.
도 36은 아르곤 가스(가스 유량을 20L/min)를 이용하여 제조한 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체의 두께와 내전압의 관계를 나타내는 도면이다.
1 is a schematic diagram of a brittle fine particle aggregate according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a brittle fine particle aggregate according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a configuration explanatory diagram of an apparatus 10 for forming an ultra-fine particle structure for a plasma source used for forming a brittle material structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a scanning transmission electron microscope image of a cross-section of a structure obtained according to an embodiment of the present invention and a mapping diagram of electron energy loss spectroscopy. (a) is an annular dark-field image by a scanning transmission electron microscope. (b) is the mapping result of α-alumina by electron energy loss spectroscopy, (c) is the mapping result of γ-alumina by electron energy loss spectroscopy, (d) is the mapping result of amorphous alumina by electron energy loss spectroscopy .
5 is an X-ray diffraction result of a raw material particle, a structure (argon gas), and a structure (helium gas) according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 (a) is a scanning electron microscope image of the cross section of the raw material alumina powder. Figure 6 (b) is an enlarged image of the dotted line area in (a).
7 is a transmission electron microscope image of a cross section of an alumina thermal sprayed coating.
8 is a transmission electron microscope image of a cross section of a structure according to an embodiment of the present invention.
9 is a transmission electron microscope image of a cross section of a structure according to an embodiment of the present invention.
10 is a scanning electron microscope image of a cross-section of a laminate according to an embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional model of a structure 1100 according to an embodiment of the present invention.
12(a) is a cross-sectional model of a structure 1200 according to an embodiment of the present invention. 12(b) is a cross-sectional model explaining details of the fine particles 1201 having a modified surface shape formed by being deposited on a substrate 1204. As shown in FIG.
13 is a cross-sectional model of a structure 1300 according to an embodiment of the present invention.
14(a) is an enlarged view of a bonding area between particles of a structure 1100 according to an embodiment of the present invention, and (b) is an enlarged view of a junction area between particles of a structure 1200 according to an embodiment of the present invention. It enlarges the junction area.
In (a) of FIG. 15 , single crystal fine particles 1010 are represented as hexagonal single crystals, (b) are represented as hexagonal polycrystalline fine particles 1021 having crystallites 1022, and (c) are hexagonal polycrystalline fine particles having crystallites 1032. Reference numeral 1031 denotes agglomerated powder 1030.
16 (a) shows the raw material particulate 1501 used to form the structure according to an embodiment of the present invention, and (b) shows the small deformed particulate constituting the structure according to an embodiment of the present invention. (1101), and (c) shows a particle 1201 having a large deformation among the structures according to an embodiment of the present invention.
17 is a schematic diagram of an apparatus 2000 for manufacturing a structure according to an embodiment of the present invention.
18 is a diagram illustrating a method for manufacturing a structure according to an embodiment of the present invention.
19 (a) is a cross-sectional model of collision and crushing deformation of raw material particles 1041 by a conventional aerosol deposition method, and (b) is a model of collision and crushing of raw material particles 1041 by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention. It is a cross-sectional model that is deformed.
20(a) is a cross-sectional model of bonding between particles and bonding between particles/substrate by a conventional aerosol deposition method, and (b) is a cross-sectional model of bonding between particles and bonding between particles/substrate by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention. It is a combined cross-section model.
21 (a) shows a scanning transmission electron microscope image of the particulate according to an embodiment of the present invention, and (b) shows a mapping diagram of electron energy loss spectroscopy.
22 shows a surface observation image using raw material particles according to an embodiment of the present invention.
23 (a) shows α-Al 2 O 3 used as a starting material according to an embodiment of the present invention, and (b) shows a cross-sectional transmission electron microscope image of a structure according to the present invention formed using fine particles. As a comparison, (c) shows a cross-sectional transmission electron microscope image of a structure formed by an aerosol deposition method using starting materials.
24 (a) shows a cross-sectional SEM image of a structure 1600 according to an embodiment of the present invention, and (b) shows a cross-sectional SEM image of a structure 1700 according to an embodiment of the present invention.
25 shows an X-ray diffraction pattern of a structure 1600 according to an embodiment of the present invention.
26 shows an X-ray diffraction pattern of a structure 1700 according to an embodiment of the present invention.
27 shows X-ray diffraction patterns of the structures obtained in Examples 9 and 10.
28 shows the utilization efficiency ratio of raw material particulates according to an embodiment of the present invention.
29 shows the utilization efficiency ratio of raw material particulates according to an embodiment of the present invention.
30 shows a cross-sectional image of a structure 1800 using a porous ceramic as a substrate 1804 according to an embodiment of the present invention by a scanning transmission electron microscope, and (b) is an enlarged view of (a).
Figure 31 (a) shows the result of using a cellophane tape for masking according to an embodiment of the present invention, (b) shows the result of using a polyimide tape for masking according to an embodiment of the present invention.
32 (a) to (e) show a structure according to an embodiment of the present invention, and (f) shows a structure using a substrate having a curved shape according to an embodiment of the present invention.
33 is a photograph of a structure using a ceramic porous substrate according to an embodiment of the present invention.
34(a) is an image of a fracture surface of a structure according to an embodiment of the present invention observed by FE-SEM, and (b) is an enlarged observation image of the vicinity of the substrate interface 3114 of (a), (c) is an enlarged observation image of the vicinity of the surface layer 3113 in (a).
35 is a cross-sectional model of an inclined structure 3100 according to an embodiment of the present invention.
36 is a diagram showing the relationship between the thickness and withstand voltage of a structure according to an embodiment of the present invention manufactured using argon gas (gas flow rate: 20 L/min).

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구조체, 그 적층체, 이들의 제조 방법 및 제조 장치에 대해 설명한다. 또한 본 발명의 구조체, 그 적층체, 이들의 제조 방법 및 제조 장치는 이하 설명하는 실시형태 및 실시예의 기재 내용으로 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한 본 실시형태 및 후술하는 실시예에서 참조하는 도면에서, 동일한 부분 또는 유사한 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 반복 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a structure according to the present invention, a laminate thereof, a manufacturing method and a manufacturing apparatus thereof will be described with reference to the drawings. In addition, the structures of the present invention, their laminates, and their manufacturing methods and manufacturing apparatuses are not construed as being limited to the descriptions of the embodiments and examples described below. In the drawings referred to in this embodiment and the examples described later, the same reference numerals are assigned to the same parts or parts having similar functions, and repeated explanations are omitted.

본 발명자들은 치밀 구조체 및 다공질 구조체를 연결, 그 중간적인 구조체를 저렴하게 제조할 수 있다면, 그 중간적인 구조체를 통해, 다공질 구조체 상에 치밀 구조체를 적층시킬 수 있을 것이라 예측하였다. 그리고 다공질 구조체 상에 치밀 구조체의 적층이 가능해지면, 세라믹이나 합금 재료 등 취성 재료의 적용 범위를 크게 확대할 수 있어, 산업 발전에 기여할 수 있다고 예측했다. 그래서 이 단차를 평활화할 수 있는 세라믹 구조체 막을 표면에 부여할 수 있다면, 세라믹의 3차원 조형 기술의 실현에도 크게 기여한다.The present inventors predicted that if the dense structure and the porous structure can be connected and the intermediate structure can be inexpensively manufactured, the dense structure can be laminated on the porous structure through the intermediate structure. In addition, it was predicted that if a dense structure can be laminated on a porous structure, the application range of brittle materials such as ceramics and alloy materials can be greatly expanded, contributing to industrial development. Therefore, if a ceramic structure film capable of smoothing this level difference can be applied to the surface, it greatly contributes to the realization of a three-dimensional molding technology for ceramics.

[취성 재료 가교 구조체 영역][brittle material cross-linked structure area]

본 발명에서는, 양질의 저렴한 취성 재료의 구조체 및 그 적층체를 제공하기 위해 취성 재료 가교 구조체 영역이라고 이름 붙인, 주상(主相)인 취성 재료 입자보다 자유에너지가 높거나 동일한 상태의 취성 재료 영역에 의해 주상인 취성 재료 입자를 연결한 구조를 취함으로써, 다공질 구조체와 치밀 구조체의 중간 형태인 취성 재료 구조체를 제작할 수 있다. 보다 구체적으로는 복수의 취성 재료 입자를 가지는 취성 재료 입자 집합체를 구비하는 구조체로서, 취성 재료 입자 집합체는, 서로 인접하여 배치되어 있고, 또한 주위에 취성 재료 영역을 구비하는 취성 재료 입자가, 상기 취성 재료 영역에 의해 가교(접속)됨으로써, 상기 취성 재료 입자 간을 결합하여, 상기 취성 재료 입자의 이동을 저지할 수 있기 때문에, 안정된 구조를 형성할 수 있다. 이 취성 재료 영역을 취성 재료 입자에 비해, 자유에너지가 높은 상태로 유지하면서 결합함으로써 가교 구조를 얻는 것을 더욱 쉽게 할 수 있다. 이 결합 후, 결합 상태는 ?칭되어 유지되기 때문에, 결과적으로 취성 재료 가교 구조체 영역의 자유에너지는 취성 재료 입자의 자유에너지에 비해 높거나 같게 된다. 이와 같은 상태로, 예를 들면 비정질을 들 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체를 이용함으로써 상기 과제를 해결할 수 있음을 발견하였다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 재료 입자 집합체의 단면을 볼 경우 모식도를 도 1 및 도 2에 나타내었다. 도 1을 참조한다. 복수의 취성 재료 입자(102), 취성 재료 입자(102)의 표면에 존재하는 취성 재료 가교 구조체 영역(101)이 존재하고, 이웃하는 취성 재료 입자(102) 사이가 취성 재료 가교 구조체 영역(101)을 통해 가교(접속)된 형태가 모식적으로 표현되어 있다. 취성 재료 입자(102) 사이에는 공극(103)이 존재하고 있다.In the present invention, in order to provide a high-quality, inexpensive brittle material structure and a laminate thereof, a brittle material region in a state equal to or higher in free energy than the main phase brittle material particles, named a brittle material crosslinked structure region, By adopting a structure in which brittle material particles in a columnar shape are connected by means of a porous structure, a brittle material structure intermediate between a porous structure and a dense structure can be produced. More specifically, it is a structure comprising a brittle material particle aggregate having a plurality of brittle material particles, wherein the brittle material particle aggregates are disposed adjacent to each other and have a brittle material region around the brittle material particles, By cross-linking (connecting) by the material region, the brittle material particles are bonded to each other and the movement of the brittle material particles can be prevented, so that a stable structure can be formed. It is possible to more easily obtain a cross-linked structure by combining these brittle material regions while maintaining a higher free energy than brittle material particles. After this bonding, since the bonding state is quenched and maintained, as a result, the free energy of the brittle material crosslinked structure region becomes higher than or equal to the free energy of the brittle material particles. As such a state, an amorphous state is mentioned, for example. It was found that the above problems can be solved by using a structure according to an embodiment of the present invention. 1 and 2 show schematic diagrams when viewing a cross section of a brittle material particle aggregate according to an embodiment of the present invention. See Figure 1. A plurality of brittle material particles 102 and a brittle material crosslinked structure region 101 present on the surface of the brittle material particles 102 exist, and the brittle material crosslinked structure region 101 exists between neighboring brittle material particles 102 A cross-linked (connected) form is schematically expressed through. Gaps 103 exist between the brittle material particles 102 .

도 2는 가교 구조(104) 부분 및 동일 부분을 확대한 도면이다. 도 2를 참조한다. 취성 재료 입자(105), 취성 재료 입자(106), 비정질 구조를 가지는 영역인 취성 재료 가교 구조체 영역(107)이 존재하고, 취성 재료 입자(105)와 취성 재료 입자(106)가 비정질 구조를 가지는 영역인 취성 재료 가교 구조체 영역(107)에 의해 가교(접속)된 형태가 모식적으로 표현되어 있다. 도 1 및 도 2는 어디까지나 입체적인 가교 상태를 2차원 도면으로 표현한 것이며, 실제로는 도 1의 지면 뒤쪽이나 도 2의 지면 뒤쪽에는 취성 재료 입자가 더 존재하고, 취성 재료 가교 구조체 영역은 3차원 네트워크 구조를 취한다. 또한 도면 상, 취성 재료 입자의 주위 전체에 취성 재료 가교 구조체 영역이 존재하는 것으로 보이지만, 반드시 그러한 구조에 한정되지 않고, 취성 재료 주위의 적어도 일부에 취성 재료 가교 구조체 영역이 존재하면 충분하다. 취성 재료의 주위 전체에 취성 재료 가교 구조체 영역이 존재하는 것이 바람직하다. 또한 비정질이라 하면 구성 원소가 장기적 주기성을 갖지 않고 비정질 상태인 것을 의미하는데, 금속 원소와 산소, 질소, 탄소, 붕소, 불소 등 비금속 원소와의 비율이, 취성 재료 입자 중의 금속 원소와 산소, 질소, 탄소, 붕소, 불소 등 비금속 원소와의 비율과는 다른 상태로도 정의할 수 있다.2 is an enlarged view of a portion of the crosslinked structure 104 and the same portion. See Figure 2. Brittle material particles 105, brittle material particles 106, and a brittle material cross-linked structure region 107, which is a region having an amorphous structure, exist, and the brittle material particles 105 and brittle material particles 106 have an amorphous structure. A crosslinked (connected) form is schematically represented by the brittle material crosslinked structure region 107 as a region. 1 and 2 are two-dimensional representations of a three-dimensional cross-linked state, and in fact, brittle material particles are further present on the back side of the page of FIG. 1 or the back side of the page of FIG. 2, and the brittle material cross-linked structure region is a three-dimensional network take a rescue In addition, although the brittle material crosslinked structure region appears to exist all around the brittle material particle in the figure, it is not necessarily limited to such a structure, and it is sufficient as long as the brittle material crosslinked structure region exists in at least a part around the brittle material. It is preferable that the brittle material cross-linked structure region exists all around the brittle material. In addition, amorphous means that the constituent elements do not have long-term periodicity and are in an amorphous state. The ratio of metal elements to non-metal elements such as oxygen, nitrogen, carbon, boron, and fluorine It can also be defined in a state different from the ratio with non-metal elements such as carbon, boron, and fluorine.

이 취성 재료 가교 구조체 영역이 3차원 네트워크 구조를 취함으로써 구조체의 자유도를 증가시킬 수 있다. 또한 취성 재료 영역이 취성 재료 입자의 표면을 균일하게 덮음으로써 취성 재료 입자 간의 밀착력을 향상시킬 수 있다. 이때, 취성 재료 영역의 두께를 100nm 이하로 하면, 취성 재료 가교 구조체 영역에 대해 취성 재료 입자의 비율을 상대적으로 높일 수 있기 때문에 바람직하다.The degree of freedom of the structure can be increased because the brittle material crosslinked structure region takes a three-dimensional network structure. Also, since the brittle material region uniformly covers the surface of the brittle material particles, adhesion between the brittle material particles may be improved. At this time, if the thickness of the brittle material region is 100 nm or less, it is preferable because the ratio of brittle material particles to the brittle material crosslinked structure region can be relatively increased.

[취성 재료의 정의][Definition of brittle material]

본 명세서에서 취성 재료라 함은, 실온 근방에서 구조체를 제작할 때 연성 변형이나 소성 변형을 기대하기 어려운 재료로서, 일반적으로 소성 가공이 어려운 재료를 말한다. 예를 들어 산화물, 질화물, 탄화물, 붕화물, 불화물 등의 세라믹, 유리, 금속간 화합물, 고분자 폴리머 재료 및 실리콘 등의 반도체를 들 수 있다.In this specification, a brittle material refers to a material from which ductile deformation or plastic deformation is difficult to expect when fabricating a structure at around room temperature, and generally refers to a material that is difficult to plastic process. Examples thereof include ceramics such as oxides, nitrides, carbides, borides and fluorides, glass, intermetallic compounds, high molecular polymer materials, and semiconductors such as silicon.

[취성 재료 입자의 정의][Definition of Brittle Material Particles]

본 명세서에서 취성 재료 입자라 하면, 상기 취성 재료로부터 구성되는 입자이며, 입도 분포 측정이나 주사전자현미경으로 식별되는 평균 입경 5㎛ 이하의 것을 가리킨다. 평균 입경이 5㎛ 이하이면 구조체의 균일성을 높일 수 있기 때문에 바람직하다. 특히 취성 재료 입자의 크기를 1㎛ 미만으로 하면, 구조의 균일성을 더욱 높일 수 있으며, 또한 봉지 성능, 표면 평활성의 향상이 가능하여 바람직하다. 이때, 주상이 되는 취성 재료 입자는 등방성이 됨으로써, 구조체의 자유도가 증가하고, 3차원 형상 기재 상에의 구조체 형성이 용이하게 된다. 예를 들어 입자의 장경과 단경의 비율이 5 이하인 것이 바람직하다. 또한 본 명세서에서는 취성 재료 입자를 취성 입자 또는 미립자라고 부르는 경우도 있다.In this specification, brittle material particles refer to particles composed of the brittle material and have an average particle diameter of 5 μm or less as identified by particle size distribution measurement or scanning electron microscopy. An average particle diameter of 5 μm or less is preferable because the uniformity of the structure can be improved. In particular, if the size of brittle material particles is less than 1 μm, the uniformity of the structure can be further increased, and encapsulation performance and surface smoothness can be improved, which is preferable. At this time, the columnar brittle material particles become isotropic, which increases the degree of freedom of the structure and facilitates the formation of the structure on the three-dimensional substrate. For example, it is preferable that the ratio of the major axis to the minor axis of the particles is 5 or less. Also, in this specification, brittle material particles are sometimes referred to as brittle particles or fine particles.

[공극][air gap]

또한 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체가 우수한 것은, 취성 재료 가교 구조체 영역 중에 공극을 형성함으로써, 취성 입자 집합 구조체의 실효 탄성계수나 경도를 제어할 수 있다는 점이다. 이때 공극을 적어도 1㎛ 이하로 함으로써 봉지성을 향상시킬 수 있다. 이때 취성 재료 구조체의 비커스경도가 주상 취성 입자의 비커스경도에 대해 0.1 이상으로 함으로써, 구조체로서의 강도를 유지할 수 있으므로 바람직하다. 이때 취성 재료 구조체의 비커스경도가 주상 취성 입자의 비커스경도에 대해 1 미만이 되도록 조정함으로써, 요구되는 사항의 준수(compliance)가 우수한 구조체가 되도록 할 수 있어 바람직하다. 취성 재료 입자의 비커스경도는, 측정이 곤란한 경우에는, 취성 재료 입자를 소결법에 의해 제작한 치밀 벌크 구조체의 비커스경도를 기준으로 할 수도 있다. 비커스경도의 예를 들었는데, 실효 탄성률 등 다른 기계적 물성값, 열전도율, 그리고 임피던스 측정 등 전기적 특성값에 의해서도 유사한 평가가 가능하다. 실효 탄성률에서는, 주상 취성 입자의 탄성률에 대해 1 미만이 되도록 조정함으로써, 요구 사양을 우수하게 충족하는 구조체로 할 수 있어 바람직하다. 이때 0.01 이상으로 함으로써 구조체로서의 강도도 유지할 수 있기 때문에 바람직하다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 재료 구조체는 요구 사항을 우수하게 준수할 수 있기 때문에 특히 열충격에 뛰어난 고온 봉지 재료로서 효과적이다.Further, the structure according to one embodiment of the present invention is superior in that the effective elastic modulus and hardness of the brittle grain aggregate structure can be controlled by forming a void in the brittle material crosslinked structure region. At this time, the sealing property can be improved by setting the void to at least 1 μm or less. At this time, it is preferable to set the Vickers hardness of the brittle material structure to 0.1 or more with respect to the Vickers hardness of the columnar brittle particles because the strength of the structure can be maintained. At this time, by adjusting the Vickers hardness of the brittle material structure to be less than 1 with respect to the Vickers hardness of the columnar brittle particles, it is possible to make the structure excellent in compliance with the requirements. If it is difficult to measure the Vickers hardness of brittle material particles, the Vickers hardness of a dense bulk structure prepared by sintering brittle material particles may be used as a standard. Vickers hardness was given as an example, but similar evaluation can be made by other mechanical property values such as effective elastic modulus, thermal conductivity, and electrical property values such as impedance measurement. By adjusting the effective elastic modulus to be less than 1 with respect to the elastic modulus of the columnar brittle particles, it is possible to obtain a structure that satisfies the required specifications, which is preferable. At this time, by setting it to 0.01 or more, it is preferable because the strength as a structure can be maintained. Since the brittle material structure according to one embodiment of the present invention can excellently comply with the requirements, it is particularly effective as a high-temperature encapsulation material excellent in thermal shock.

[구성 원소][Constituent Elements]

취성 재료 구조체 영역은 취성 입자와 동일한 원소로 구성되는 것이 안정성의 관점에서 바람직하다. 특히 취성 입자를 구성하는 금속 원소가 두 종류 이상으로 구성되는 경우에는 금속 원소의 조성비가 동일 또는 실질적으로 동일한 것이 안정성 관점에서 바람직하다.It is preferable from the viewpoint of stability that the brittle material structure region is composed of the same elements as the brittle particles. In particular, when the brittle particles are composed of two or more types of metal elements, it is preferable from the viewpoint of stability that the composition ratio of the metal elements is the same or substantially the same.

본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 재료 구조체는 취성 재료 가교 구조체 영역을 가지기 때문에, 탄성률 조정이 가능하며, 3차원 형상 표면에의 형성도 용이해서, 금속, 세라믹, 고분자 및 복합 재료 등의 각종 기재에 형성시키기가 용이하다. 이는 기재가 용사 피막 등의 다공질체인 경우에 특히 효과적으로 작용하여 봉지 기능을 유지할 수 있다.Since the brittle material structure according to an embodiment of the present invention has a brittle material crosslinked structure region, the modulus of elasticity can be adjusted, and it is easy to form on a three-dimensional surface, so that various substrates such as metals, ceramics, polymers, and composite materials can be used. It is easy to form in This works particularly effectively when the base material is a porous material such as a thermal spray coating, and can maintain the sealing function.

또한 중간층으로서 이용하는 것도 가능하고, 다공질 기재 상에 본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 재료 구조체를 형성하고, 그 위에 치밀 구조체를 제작함으로써, 추가적인 봉지 기능 향상을 도모할 수 있다. 이때 충돌 에너지의 조력을 더함으로써, 취성 재료 입자를 기재에 대해 수직으로 편평한 형상으로 할 수 있어, 봉지성의 추가적인 향상을 기대할 수 있다.It can also be used as an intermediate layer, and by forming a brittle material structure according to an embodiment of the present invention on a porous substrate and producing a dense structure thereon, it is possible to further improve the sealing function. At this time, by adding the assistance of the collision energy, the brittle material particles can be made into a flat shape perpendicular to the substrate, and further improvement in encapsulation can be expected.

[구조체 제조 방법][Method for manufacturing structure]

본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체는, 예를 들면 표면을 플라즈마에 의해 활성화시킨 취성 재료 입자를 적층시킴으로써 제조할 수 있다. 이때, 보다 구체적으로는, 주상인 수 ㎛ 이하의 취성 재료 입자 주위에 플라즈마나 레이저 등의 고에너지를 균일하게 조사한다. 취성 재료 입자의 중심을 상변태 온도 이하로 억제하면서 표면을 활성화시킨 상태로 함으로써, 취성 재료 입자의 표면에 에너지 조사에 의해 활성화도가 높은 상이 균일하게 석출한다. 이때 플라즈마 및 레이저 조사장(照射場)은 유체로서의 성질을 잔류시킨 상태로 하기 때문에, 취성 재료 입자의 가속원으로 할 수 있고, 이 활성화도가 높은 입자를 충돌시켜 적층함으로써, 활성화도가 높은 취성 재료 영역이 서로 반응하여 3차원 네트워크를 형성한다. 이때 주상인 취성 재료 입자는 원료 상태를 유지하고 있으며, 초기에 조합된 결정상을 유지할 수 있다. 또한 전자 온도가 높은 플라즈마에 추가로 열유체로서의 성질도 부여한 상태에서 취성 재료 입자를 통과시킴으로써, 중심부를 상변태 온도 이하로 억제하면서, 표면을 활성화시킨 상태에서 충돌시키는 것이 용이해지므로 바람직하다.A structure according to one embodiment of the present invention can be manufactured by, for example, laminating brittle material particles whose surface is activated by plasma. At this time, more specifically, high energy such as plasma or laser is uniformly irradiated around the columnar brittle material particles of several μm or less. By setting the surface of the brittle material particle in an activated state while suppressing the center of the brittle material particle to a phase transformation temperature or less, a phase with high activation degree is uniformly precipitated on the surface of the brittle material particle by energy irradiation. At this time, since the properties of the plasma and the laser irradiation field remain in a state in which the property as a fluid remains, it can be used as an acceleration source for brittle material particles, and by colliding and stacking these highly active particles, The material regions react with each other to form a three-dimensional network. At this time, the brittle material particles, which are the main phase, maintain their raw material state and can maintain the initially combined crystalline phase. In addition, by passing brittle material particles through a plasma having a high electron temperature in a state in which a property as a thermal fluid is further imparted, it is easy to collide with the surface in an activated state while suppressing the central portion to a phase transformation temperature or less, which is preferable.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 재료 구조체의 형성에 이용한 장치의 개략도이다. 본 장치는 성막 챔버(111)를 가진다. 성막 챔버(111)에는 노즐(112)이 설치되어 있다. 노즐(112)에는 고주파 플라즈마를 발생시키기 위해 전류를 유동시키는 코일(113)이 설치되어 있다. 또한 성막 챔버(111)에는 진공 배관(114) 및 진공 펌프(115)가 접속되어 있다. 노즐(112)은 성막 챔버(111)의 외부에 설치되는 에어로졸 발생장치(116)에 초미립자를 반송하는 반송관(117)을 통해 접속되어 있다. 또한 성막 챔버(111)에는 압력을 측정하기 위한 압력계(118)가 설치되어 있다. 진공 배관(114) 및 진공 펌프(115)에 의해 성막 챔버(111) 내를 감압하고, 성막 시의 압력을 압력계(118)에 의해 읽는다. 성막 챔버(111) 내에는 기재(119)가 설치된다. 기재(119)는 노즐(112)에 대해 고정되거나 위치가 변할 수 있다.3 is a schematic diagram of an apparatus used to form a brittle material structure according to an embodiment of the present invention. This apparatus has a film formation chamber (111). A nozzle 112 is installed in the film formation chamber 111 . A coil 113 for flowing current is installed in the nozzle 112 to generate high-frequency plasma. Further, a vacuum pipe 114 and a vacuum pump 115 are connected to the film formation chamber 111 . The nozzle 112 is connected to an aerosol generating device 116 installed outside the film formation chamber 111 through a transport pipe 117 for transporting ultrafine particles. In addition, a pressure gauge 118 for measuring pressure is installed in the deposition chamber 111 . The inside of the film formation chamber 111 is depressurized by the vacuum pipe 114 and the vacuum pump 115, and the pressure during film formation is read by the pressure gauge 118. A substrate 119 is installed in the deposition chamber 111 . Substrate 119 may be fixed or displaced relative to nozzle 112 .

이와 같이 구성된 장치를 사용하여 취성 재료 구조체는 다음과 같은 작업을 통해 형성된다. 진공 펌프(115)를 운전하여, 진공 배관(114)을 통해 증착 챔버(111) 내를 감압 상태로 둔다. 이 상태에서 노즐(112)에 헬륨이나 아르곤 등의 가스를 유동시키고 코일(113)에 전류를 흐르게 함으로써, 노즐(112) 내에 유도 결합형 고주파 플라즈마를 발생시킨다. 또한 에어로졸 발생장치(116)를 운전하여, 원료인 취성 재료 입자(120)인 초미립자를 에어로졸화시켜 초미립자 에어로졸을 발생시킨다. 생성된 초미립자 에어로졸은 반송관(117)을 통해 노즐(112)로 전달된다. 반송된 초미립자 에어로졸은, 노즐(112)의 유도 결합형 고주파 플라즈마에 의해, 각 입자의 표면이 활성화되어 표면 활성화 초미립자(121)가 된다. 표면 활성화 초미립자(121)는, 노즐(112)을 통해 감압된 성막 챔버 내로 도입되어 기재(119) 상에 분사된다. 분사된 표면 활성화 초미립자(121)는 기재(119) 상에 퇴적되어, 초미립자의 표면 활성화면끼리 강하게 결합하여, 표면 활성 취성 구조체의 3차원 네트워크를 형성한다. 이때 원래의 표면 활성부는 각 초미립자 표면에 존재하고 있기 때문에, 표면 활성 3차원 네트워크 중에 취성 재료 입자를 가지는 3차원 네트워크 표면 활성 구조체가 된다. 또한 표면 활성 3차원 네트워크 중에는, 공극도 생성되며, 취성 재료 입자의 충전 정도에 따라 이 공극량을 제어할 수 있다. 이때 공극이 표면 활성 물질로 충전된 구조도 가질 수 있다. 플라즈마 가스로서 헬륨을 사용함으로써, 아르곤 가스를 사용하는 경우에 비해 더 충전도가 높은 치밀한 구조체를 형성할 수 있다.A brittle material structure is formed through the following operation using the device constructed as described above. The vacuum pump 115 is operated to put the inside of the deposition chamber 111 in a reduced pressure state via the vacuum pipe 114 . In this state, inductively coupled high-frequency plasma is generated in the nozzle 112 by flowing a gas such as helium or argon through the nozzle 112 and flowing a current through the coil 113 . In addition, the aerosol generating device 116 is operated to aerosolize ultrafine particles, which are brittle material particles 120 as a raw material, to generate ultrafine particle aerosol. The generated ultrafine particle aerosol is delivered to the nozzle 112 through the conveying tube 117. In the transported ultrafine particle aerosol, the surface of each particle is activated by the inductively coupled high-frequency plasma of the nozzle 112 to become surface-activated ultrafine particles 121 . The surface-activated ultrafine particles 121 are introduced into the depressurized deposition chamber through the nozzle 112 and sprayed onto the substrate 119 . The sprayed surface-active ultrafine particles 121 are deposited on the substrate 119, and the surface-active surfaces of the ultrafine particles are strongly bonded to each other to form a three-dimensional network of surface-active brittle structures. At this time, since the original surface-active portion exists on the surface of each ultrafine particle, it becomes a three-dimensional network surface-active structure having brittle material particles in the surface-active three-dimensional network. In addition, voids are also generated in the surface active three-dimensional network, and the amount of voids can be controlled according to the filling degree of the brittle material particles. At this time, it may also have a structure in which pores are filled with a surface active material. By using helium as the plasma gas, it is possible to form a dense structure with a higher degree of filling compared to the case of using argon gas.

여기서는 입자의 활성원으로 유도 결합형 고주파 플라즈마를 이용했지만, 직류 플라즈마를 이용해도 무관하다. 또한 용량 결합형 고주파 플라즈마를 이용하여도 무관하다. 플라즈마의 전자 온도를 높은 상태로 유지하는 한편, 플라즈마 가스가 유체 또는 열유체로서의 성질도 잔류시켜, 취성 재료 입자의 가속 또는 가열가속원이 되도록 하는 것이 중요하다.In this case, inductively coupled high-frequency plasma was used as the particle activation source, but DC plasma may also be used. Also, it does not matter if a capacitively coupled high-frequency plasma is used. It is important to maintain the electron temperature of the plasma in a high state, while maintaining the properties of the plasma gas as a fluid or thermal fluid, so that it becomes a source of acceleration or heating acceleration of brittle material particles.

취성 재료 미립자의 투입 형태로는 에어로졸화 방식의 예를 소개했지만, 미립자를 용매 중에 분산시킨 현탁액 형식도 전혀 상관이 없다.Although an example of an aerosolization method has been introduced as an input form of the brittle material fine particles, a suspension form in which the fine particles are dispersed in a solvent is also acceptable.

본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 재료 구조체 영역을 형성할 때 충돌 에너지의 조력을 더함으로써, 상온 충격 고화 현상의 협력을 더할 수 있어, 보다 치밀한 구조체로 할 수도 있다. 이때 취성 재료 입자는 기재에 대해 수직으로 편평한 형상이 된다. 이 취성 재료 입자의 변형은 고상 입자의 변형이기 때문에, 용사법에서 나타나는 것 같은 용융 액적의 편평함에 비하면 편평함의 종횡비(aspect ratio)가 작다. 취성 재료 입자가 변형될 때, 결정자 크기의 미세화가 수반된다. 또한 본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 재료 구조체 영역을 형성할 때, 충돌 에너지가 조력하는 양을 상대적으로 증대시켜감으로써, 공극량이 상방을 향해 감소된 경사 구조체를 형성할 수도 있다.By adding the assistance of impact energy when forming the brittle material structure region according to one embodiment of the present invention, the cooperation of room temperature impact solidification can be added, and a more dense structure can be obtained. At this time, the brittle material particles become a flat shape perpendicular to the substrate. Since the deformation of the brittle material particles is the deformation of the solid particles, the aspect ratio of the flatness is small compared to the flatness of the molten droplet as seen in the thermal spraying method. When brittle material grains are deformed, crystallite size refinement is accompanied. In addition, when forming the brittle material structure region according to an embodiment of the present invention, an inclined structure in which the amount of voids is reduced upward may be formed by relatively increasing the amount of assistance from collision energy.

본 발명의 일 실시형태에 따른 취성 재료 구조체 영역의 형성 시 열에너지의 조력을 추가함으로써, 반용융 상태의 협력을 더할 수 있어, 3차원 형성의 자유도를 증가시킬 수 있다.When forming the brittle material structure region according to an embodiment of the present invention, cooperation in a semi-molten state can be added by adding the assistance of thermal energy, thereby increasing the degree of freedom of three-dimensional formation.

한편, 전술한 종래 방법의 문제점을 감안하여, 구조체에 사용되는 미립자나 기재에 열 이력을 부여하지 않는 범위에서, 미립자나 기재의 극표층(極表層)만을 미립자끼리나 미립자와 기재 사이의 접합을 용이한 상태로 하고, 미립자끼리나 미립자와 기재를 접합하여, 접합 영역에 대해 압축 응력을 주면, 종래 용사법의 과제인 원료 미립자의 결정 구조를 유지하는 치밀한 구조체를 형성할 수 있다. 또한 기존 에어로졸 증착법의 과제인 원료 미립자의 고이용효율화나 구조체 형성의 고속화도 가능하다. 또한 전술한 바와 같이 미립자끼리나 미립자와 기재 사이를 접합하면, 기재의 재질이나 형상에 얽매이지 않고 미립자 사이뿐만 아니라, 미립자와 기재 사이에도 양호한 피복성 및 밀착성이 확보된다. 그리고 기재의 재질이나 형상에 구애 없이 치밀한 구조체를 형성함으로써, 세라믹이나 합금 재료 등 취성 재료의 적용 범위를 크게 확대할 수 있어, 산업 발전에 기여할 수 있다.On the other hand, in view of the above-mentioned problems of the conventional method, only the extreme surface layer of the fine particles or substrate is bonded to each other or between the fine particles and the substrate to the extent that thermal history is not applied to the fine particles or substrate used for the structure. When the fine particles or the fine particles and the substrate are bonded in an easy state, and a compressive stress is applied to the joint region, a dense structure maintaining the crystal structure of the raw material fine particles, which is a problem of the conventional thermal spraying method, can be formed. In addition, it is possible to increase the efficiency of the use of fine particles of raw materials and to speed up the formation of structures, which are problems of the existing aerosol deposition method. In addition, when the fine particles are bonded to each other or between the fine particles and the substrate, good coating properties and adhesion are ensured not only between the fine particles but also between the fine particles and the substrate without being restricted by the material or shape of the substrate. In addition, by forming a dense structure regardless of the material or shape of the substrate, it is possible to greatly expand the application range of brittle materials such as ceramics and alloy materials, thereby contributing to industrial development.

본 발명의 일 실시형태에서, 상술한 과제를 해결하기 위해, 원료 미립자나 기재에 대해 열 및 물리적 손상을 주지 않는, 예를 들면 원료 미립자를 용해시키지 않는 범위 내에서, 미립자 사이나 미립자와 기재 사이의 접합을 촉진하는, 미립자 및 기재의 극표층에 활성 영역을 생성하는 것을 발견하였다. 더욱이, 생성하는 활성 영역을 통한 접합 영역에 대해, 압축 응력을 부여함으로써, 압축 잔류 응력을 가지는 구조체가 형성될 수 있음을 발견하였다. 바람직하게는, 접합 영역에 대해, 균일하게 압축 응력을 부여함으로써, 원료 미립자의 결정 구조를 유지한 등방성 구조를 나타내는, 균일하고 균질하며 치밀한, 압축 잔류 응력을 갖춘 구조체가 형성 가능하다.In one embodiment of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, heat and physical damage to the raw material fine particles or substrate is not applied, for example, within the range of not dissolving the raw material fine particles, between the fine particles or between the fine particles and the substrate. It has been found to create active regions in the extreme surface layer of the particulate and substrate, which promote bonding of Furthermore, it has been found that a structure having a compressive residual stress can be formed by applying compressive stress to a junction region through an active region to be created. Preferably, a uniform, homogeneous, and dense structure with compressive residual stress exhibiting an isotropic structure maintaining the crystal structure of the raw material fine particles can be formed by uniformly applying a compressive stress to the joint area.

보다 구체적으로는, 전술한 미립자나 기재의 극표층에 이온, 원자, 분자빔이나 저온 플라즈마 등의 고에너지 원자, 분자인 고속의 고에너지빔을 조사하여, 원료 미립자 및 기재를 완전 용해 또는 분해하지 않고, 미립자나 기재 표면에 부착된 물분자 등에 의한 오염층이나 산화물층이 제거된 표면 활성 영역을 형성한다. 동시에 미립자 사이 및 미립자와 기재의 충돌 압력에 의해, 원료 미립자 파쇄에 의한 결정자 크기의 미세화를 촉진하고, 파쇄 입자에 의한 표면 활성 영역을 형성한다. 그리고 미세화된 원료 미립자를 포함하는 표면 활성 영역을 가지는 미립자를 물질 유동에 의해 접합시켜, 구조체에 있어 피복부의 치밀화가 실현된다. More specifically, a high-speed, high-energy beam, which is a high-energy atom or molecule such as ion, atom, or molecular beam or low-temperature plasma, is irradiated to the extreme surface layer of the above-mentioned fine particles or substrate to prevent complete dissolution or decomposition of the raw material fine particles and substrate. and a surface active region in which a contamination layer or an oxide layer due to particles or water molecules attached to the surface of a substrate is removed. At the same time, the collision pressure between the fine particles and between the fine particles and the substrate promotes the miniaturization of the crystallite size by crushing the raw material fine particles, and forms a surface active region by the crushed particles. Then, fine particles having a surface active region including fine particles of the raw material are bonded by material flow, so that densification of the enclosing portion of the structure is realized.

원료 미립자의 결정 구조를 거의 유지하여, 접합하기 쉬운 상태로 되어 있는 미립자 표면과 기재 표면은, 충돌 압력에 의해 각각이 인접함으로써, 표면 활성 영역을 통해 접합된 접합 영역을 입자 사이 및 미립자와 기재 사이에 형성한다. 게다가 접합 영역에는, 미립자나 기재 극표층을 전자적으로 여기시키는 등으로 하여 결정 구조가 혼란스럽게 되어 있는 상태 또는 미립자 표면이 용융된 활성 영역을 포함하고 있고, 활성 영역을 포함하는 접합 영역의 두께는 30nm 이하가 된다. 또한 미립자끼리의 접합부에 활성 영역이 형성된 결정 입자 간 결합의 기계적 강도는 저하되지만, 결정 입자 자체는 충돌 압력에 의해 미세화됨으로써 결정립에 다수의 전위가 도입되어, 구조체에 높은 압축 잔류 응력을 형성할 수 있으며, 그로 인해 구조체 전체로는 높은 기계적 강도를 얻을 수 있다.The surface of the fine particle and the surface of the substrate, which maintain almost the crystal structure of the raw material fine particles and are easily bonded, are adjacent to each other by collision pressure, thereby creating a bonded region bonded through the surface active region between the particles and between the fine particles and the substrate. form on In addition, the bonding region includes an active region in which the crystal structure is disturbed or the surface of the fine particle is melted by electronically exciting the surface layer of the fine particles or substrate, and the thickness of the bonding region including the active region is 30 nm. It becomes below. In addition, although the mechanical strength of the bond between the crystal grains in which the active region is formed at the joint between the fine particles is reduced, the crystal grain itself is refined by the collision pressure, so that a large number of dislocations are introduced into the crystal grain, and high compressive residual stress can be formed in the structure. As a result, high mechanical strength can be obtained as a whole structure.

미립자 사이나 미립자와 기재 사이의 접합 영역에는, 원료 미립자나 기재를 구성하는 원소가 포함되어 있고, 접합 영역을 형성하는 원료 미립자의 종류나 기재의 종류, 미립자와 기재의 조합에 의해, 예를 들면 공유 결합이나 이온 결합 등의 화학 결합에 의해 미립자끼리나 미립자와 기재를 접합한다. 원료 미립자의 극표층이나 기재의 극표층에만 전술한 활성 영역을 부여하기 때문에, 결과적으로 전술한 접합 영역을 가지는 원료 미립자의 결정 구조를 유지한 구조체를 형성할 수 있다.The bonding region between the fine particles or between the fine particles and the base material contains elements constituting the raw fine particles or the base material, and depending on the type of the raw fine particle forming the joining region, the type of the base material, or the combination of the fine particles and the base material, for example, The fine particles or the fine particles and the substrate are bonded by chemical bonds such as covalent bonds and ionic bonds. Since the above-described active region is provided only to the extreme surface layer of the raw material fine particles or the extreme surface layer of the base material, as a result, a structure having the above-described bonding region and maintaining the crystal structure of the raw material fine particles can be formed.

여기서, 본 명세서에서 취성 재료라 하면, 실온 근방에서 구조체를 제작할 때 연성 변형이나 소성 변형을 기대하기 어려운 재료로서, 일반적으로 소성 가공이 어려운 재료를 말한다. 예를 들어 산화물, 질화물, 탄화물, 붕소화물 등의 세라믹, 유리, 금속간 화합물, 실리콘 등의 반도체를 들 수 있다. 본 명세서에서 기재라 하면 취성 재료, 금속, 고분자 및 이들 재료의 다공질 재료이다. 또한 본 명세서에서 원료 미립자라 하면, 세라믹 미립자 등의 취성 재료 입자뿐만 아니라, 금속 미립자, 고분자 폴리머 미립자 등에도 적용 가능하다.Here, a brittle material in this specification refers to a material from which ductile deformation or plastic deformation is difficult to expect when fabricating a structure at around room temperature, and generally refers to a material that is difficult to plastic work. Examples thereof include ceramics such as oxides, nitrides, carbides and borides, glass, intermetallic compounds, and semiconductors such as silicon. In this specification, a substrate is a brittle material, a metal, a polymer, and a porous material of these materials. In addition, when referring to raw material fine particles in this specification, it can be applied not only to brittle material particles such as ceramic fine particles, but also to metal fine particles, high molecular polymer fine particles, and the like.

얻어진 구조체는, 미립자에 대해 충돌 압력에 의한 결정자의 미세화는 일어나도, 열에 의한 결정자의 비대화는 일어날 수 없기 때문에, 변형 후 미립자의 체적은, 출발 원료인 미립자의 체적을 가지고 있다. 변형 후 미립자의 결정자 크기는 1nm에서 300nm의 결정자를 가지고 있다. 구조체에 압축 잔류 응력을 갖게 함으로써 미립자의 접합 영역이 강화되어, 구조체의 경도 범위는 비커스경도로 표현하면 Hv200 이상 Hv1500 이하이다.In the obtained structure, even if crystallites are miniaturized by impact pressure on the microparticles, enlargement of the crystallites by heat cannot occur, so the volume of the microparticles after deformation has the volume of the microparticles as the starting material. After deformation, the crystallite size of the microparticles ranged from 1 nm to 300 nm. By imparting compressive residual stress to the structure, the bonding area of the fine particles is strengthened, and the hardness range of the structure is Hv200 or more and Hv1500 or less in terms of Vickers hardness.

여기에서 구조체를 형성하는 데 필요한 에너지 총합을, 플라즈마 등에 의해 전자적 및/또는 열적으로 노출되어 생성되는 미립자의 극표층에 부여된 활성 영역이 가지는 표면 활성화 에너지와, 전술한 미립자의 운동 에너지로 정의한다. 전술한 미립자의 표면 활성화 에너지라 하면, 비정질상을 포함하는 활성 영역을 통해 미립자 사이의 접합이나 그 접합을 촉진하는 것 등에 이용되는 에너지이다. 전술한 미립자의 운동 에너지라 하면, 미립자의 충돌 파쇄(결정 미세화)에 의해 결정립 내부에 전위가 도입되어, 미립자 사이의 접합에 대해 압축 잔류 응력을 부여함으로써 미립자 사이 및 미립자와 기재의 접합 강화를 도모하는 에너지이다. 본 발명에 따라 압축 잔류 응력을 부여한 구조체에서, 구조체의 내부 응력을 분자로 하고 구조체 피복부의 기계적 강도(비커스경도)를 분모로 하여 계산된 수치를, 미립자의 접합력을 나타내는 수치로 정의한다. 전술한 피복부의 기계적 강도나 압축 응력은 구조체를 형성하는 기재에 의해 영향을 받는데, 전술하는 분자·분모 모두 그 영향을 포함하기 때문에, 정의된 값은 미립자의 접합력을 반영한 수치이다 . 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체에서 0.02<내부 압축응력/비커스경도이며, 바람직하게는 0.02<내부 응력/비커스경도<0.5이다. 이때 비커스경도는, 예를 들어 MPa 환산으로 구할 수 있다. 또한 압축 잔류 응력은, 예를 들어 X선 회절 피크 시프트로부터 추정할 수 있다.Here, the total energy required to form the structure is defined as the surface activation energy of the active region imparted to the extreme surface layer of the fine particles generated by electronic and/or thermal exposure to plasma and the kinetic energy of the above-described fine particles. . The above-mentioned surface activation energy of the fine particles is energy used for bonding between the fine particles or promoting the bonding through an active region including an amorphous phase. As for the above-mentioned kinetic energy of the fine particles, dislocation is introduced into the crystal grains by impact fracture (crystal refinement) of the fine particles, and compressive residual stress is applied to the bonding between the fine particles, thereby enhancing the bonding between the fine particles and between the fine particles and the substrate. is the energy that In the structure to which the compressive residual stress is applied according to the present invention, the numerical value calculated by taking the internal stress of the structure as the numerator and the mechanical strength (Vickers hardness) of the covering part of the structure as the denominator is defined as a numerical value representing the bonding strength of the fine particles. The mechanical strength or compressive stress of the above-mentioned coating part is affected by the substrate forming the structure, and since both the numerator and denominator described above include the influence, the defined value is a numerical value reflecting the bonding strength of the fine particles. In the structure according to one embodiment of the present invention, 0.02<internal compressive stress/Vickers hardness, preferably 0.02<internal stress/Vickers hardness<0.5. At this time, the Vickers hardness can be obtained in terms of MPa, for example. The compressive residual stress can be estimated from, for example, an X-ray diffraction peak shift.

도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체(1100)의 단면 모델이다. 구조체(1100)는, 기재(1104)와 기재(1104)에 퇴적되어 형성된 표면 형상이 변형된 미립자(1101)를 구비하며, 미립자(1101)는, 비정질상을 포함하는 활성 영역(1103)을 구비한 접합 영역을 두고 인접하는 미립자(1101)와 결합한다. 구조체(1100)는, 미립자(1101)의 표면 활성화 에너지와 미립자(1101)의 운동 에너지 비율에서, 예를 들면 운동 에너지를 많이 이용한 경우에 얻어진다.11 is a cross-sectional model of a structure 1100 according to an embodiment of the present invention. The structure 1100 includes a substrate 1104 and fine particles 1101 having a modified surface shape formed by being deposited on the substrate 1104, and the fine particles 1101 have an active region 1103 including an amorphous phase. It combines with the adjacent particle 1101 with a bonding area. The structure 1100 is obtained when, for example, a large amount of kinetic energy is used in the ratio between the surface activation energy of the fine particles 1101 and the kinetic energy of the fine particles 1101 .

구조체(1100)를 형성하는 데 필요한 에너지 중 운동 에너지의 비율을 높게 함으로써, 원료 미립자의 미세화를 동반한 물질 유동이 진행되어 치밀한 구조체가 얻어진다. 또한 운동 에너지의 비율을 높임으로써 얻어지는 구조체(1100)는, 미립자(1101)의 충돌 파쇄(결정 미세화)에 의해 결정립 내부에 전위를 도입하고, 미립자(1101) 사이의 접합에 대해 높은 압축 잔류 응력을 부여함으로써, 미립자(1101) 사이의 접합이 강화된 고밀도의 구조체(1100)가 얻어진다. 출발 원료가 되는 미립자에 의해, 구조체(1100) 중에 포함되는 미립자(1101)는 충돌 파쇄(결정 미세화)를 일으켜, 미립자(1101)의 내부에 결정자(1102)를 생성시킨다. 즉 미립자(1101)는 복수의 결정자(1102)로 구성된다. 또한 미립자(1101)는 높은 압축 응력에 의해 변형도 수반한다.By increasing the ratio of kinetic energy among the energies required to form the structure 1100, material flow accompanied by refinement of the raw material particles proceeds, and a dense structure is obtained. Further, in the structure 1100 obtained by increasing the ratio of kinetic energy, dislocations are introduced into the crystal grains by collision fracture (crystal refinement) of the fine particles 1101, and high compressive residual stress is applied to the junction between the fine particles 1101. By applying, a high-density structure 1100 in which bonding between the particles 1101 is strengthened is obtained. The fine particles 1101 included in the structure 1100 cause collision crushing (crystal refinement) by the fine particles serving as the starting material to generate crystallites 1102 inside the fine particles 1101 . That is, the fine particle 1101 is composed of a plurality of crystallites 1102. In addition, the fine particles 1101 are also accompanied by deformation due to high compressive stress.

도 12(a)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체(1200)의 단면 모델이다. 도 12(b)는 기재(1204) 상에 퇴적되어 형성된 표면 형상이 변형된 미립자(1201)를 상세히 설명하는 단면 모델이다. 구조체(1200)는, 기재(1204)와, 기재(1204) 상에 퇴적되어 형성된 표면 형상이 변형된 미립자(1201)를 구비하며, 미립자(1201)는 비정질상을 포함하는 활성 영역(1203)을 구비한 접합 영역을 두고 인접하는 미립자(1201)와 결합한다. 미립자(1201)는 기재(1204) 상에 퇴적되어 피복부(1205)를 구성한다. 구조체(1200)는, 미립자(1201)의 표면 활성화 에너지와 미립자(1201)의 운동 에너지 비율에서 운동 에너지를 많이 이용하고, 또한 원료 미립자에 입도 분포를 갖게 함으로써, 얻어지는 구조체의 밀도를 높인 경우에 얻어진다. 12(a) is a cross-sectional model of a structure 1200 according to an embodiment of the present invention. 12( b ) is a cross-sectional model explaining in detail the fine particles 1201 having a modified surface shape formed by being deposited on a substrate 1204 . The structure 1200 includes a substrate 1204 and fine particles 1201 having a modified surface shape formed by being deposited on the substrate 1204, and the fine particles 1201 having an active region 1203 including an amorphous phase. It combines with the adjacent particle 1201 with one junction area. Fine particles 1201 are deposited on the base material 1204 to constitute the covering portion 1205 . The structure 1200 is obtained when the density of the resulting structure is increased by using a large amount of kinetic energy from the ratio of the surface activation energy of the microparticles 1201 and the kinetic energy of the microparticles 1201, and by giving the raw material microparticles a particle size distribution. lose

도 12(a) 및 도 12(b)에서, 변형 후 미립자(1201)의 결정자는 1nm 이상 300nm 이하의 크기를 가지고 있다. 변형 후 미립자(1201)의 체적은 출발 원료 미립자의 체적을 가지고 있다. 미립자 표층에는 비정질상을 포함하는 활성 영역(1203)을 구비하고 있다. 얻어지는 구조체(1200)가 높은 압축 잔류 응력을 가질 때, 구조체(1200) 중의 미립자(1201) 미세화되고, 또한 미립자(1201)는 변형을 수반하는 경우가 있다. 구조체를 형성하는 기재(1204)는 미립자(1201) 표층의 비정질상을 포함하는 활성 영역(1203)과의 접합 영역을 가진다. 미립자(1201)의 접합 영역에는 미세화된 결정자(1206)가 존재한다. 기재(1204)는, 예를 들어 취성 재료, 금속, 고분자 및 재료의 다공질 물질이다. 비정질상을 포함하는 접합 영역에서는, 계면을 형성하는 원료 미립자나 기재(1204) 재료의 조합에 의해, 예를 들면 공유 결합이나 이온 결합 등의 화학 결합에 의해 미립자(1201)끼리나 미립자(1201)와 기재(1204)를 접합한 계면으로 된다. 전술한 결합 등에 의해, 미립자(1201) 사이나 미립자(1201)와 기재(1204) 사이의 접합을 강화하고, 또한 각각의 접합 영역에 부여된 압축 응력은 접합 영역의 기계적 강도 강화를 도모하고 있다.12(a) and 12(b), the crystallites of the fine particles 1201 after deformation have a size of 1 nm or more and 300 nm or less. The volume of the fine particles 1201 after deformation has the volume of the starting raw material fine particles. An active region 1203 containing an amorphous phase is provided on the surface layer of the fine particles. When the obtained structure 1200 has a high compressive residual stress, the microparticles 1201 in the structure 1200 are refined, and the microparticles 1201 may be deformed. The base material 1204 forming the structure has a junction region with the active region 1203 including the amorphous phase of the surface layer of the fine particles 1201. Refined crystallites 1206 exist in the bonding region of the fine particles 1201 . The substrate 1204 is a porous material of, for example, brittle materials, metals, polymers, and materials. In the junction region including the amorphous phase, the fine particles 1201 and the fine particles 1201 form an interface by a combination of the raw material fine particles and the material of the substrate 1204, for example, a chemical bond such as a covalent bond or an ionic bond. It becomes the interface where the substrate 1204 is bonded. Bonding between the fine particles 1201 or between the fine particles 1201 and the base material 1204 is strengthened by the above-mentioned bonding, and the compressive stress applied to each bonding region enhances the mechanical strength of the bonding region.

미립자(1201)의 변형은, 예를 들면 도 12(a)에 기재된 하나의 미립자(1201)의 장변(도 12(a)에서 횡방향 화살표)과 단변(도 12(a)에서 수직 방향 화살표)에 대해, 단변을 분자, 장변을 분모로 하여 나누어 산출하는 경우, 미립자(1201)의 변형을 나타내는 수치는 0.1에서 0.99 범위이며, 변형된 미립자(1201)의 체적은 전술한 바와 같이 변형 전 출발 원료의 체적을 가지고 있다.The deformation of the particle 1201 is, for example, the long side (horizontal arrow in FIG. 12 (a)) and the short side (vertical arrow in FIG. 12 (a)) of one particle 1201 described in FIG. 12 (a). , when calculated by dividing the short side by the numerator and the long side by the denominator, the numerical value representing the deformation of the fine particle 1201 ranges from 0.1 to 0.99, and the volume of the deformed particle 1201 is the starting material before deformation as described above. has a volume of

도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체(1300)의 단면 모델이다. 구조체(1300)는, 기재(1304)와, 기재(1304) 상에 퇴적되어 형성된 표면 형상이 변형된 미립자(1301)를 구비하며, 미립자(1301)는, 비정질상을 포함하는 활성 영역(1303)을 가지는 접합 영역을 두고 인접하는 미립자(1301)와 결합한다. 미립자(1301)는 결정자(1302)를 가지고 있다. 또한 구조체(1300)는, 비정질상을 포함하는 활성 영역(1303)을 가지는 접합 영역을 두고 인접하는 미립자(1301)와 결합하지 않는 공극(1307)을 가진다. 구조체(1300)는, 미립자(1301)의 표면 활성화 에너지와 미립자의 운동 에너지 비율에 있어서, 예를 들면 운동 에너지를 적게 사용하는 경우에 얻어진다. 구조체(1300)를 형성하는 데 필요한 에너지 중, 운동 에너지의 비율을 낮게 함으로써, 얻어지는 구조체는, 입자의 충돌 파쇄(결정 미세화) 정도가 낮아, 결정립 내부로의 전위는 적게 되어, 미립자 사이의 접합에 대해 미치는 압축 잔류 응력은 낮게 된다. 한편 미립자의 표면 활성화 에너지에 의해 미립자 사이의 접합이 강화되어 있어 저밀도 구조체가 얻어진다. 이 경우 구조체(1300)에서 미립자의 미세화는 구조체(1100)에 비해 적고, 또한 입자의 변형도 구조체(1100)에 비해 적고, 거의 변형이 없다. 13 is a cross-sectional model of a structure 1300 according to an embodiment of the present invention. The structure 1300 includes a substrate 1304 and fine particles 1301 whose surface shape is modified by being deposited on the substrate 1304. The fine particles 1301 form an active region 1303 including an amorphous phase. The branch is combined with the particle 1301 adjacent to it through the junction area. Fine particles 1301 have crystallites 1302. In addition, the structure 1300 has a junction region having an active region 1303 including an amorphous phase, and has a void 1307 that is not bonded to adjacent particles 1301 . The structure 1300 is obtained when, for example, a small amount of kinetic energy is used in the ratio between the surface activation energy of the fine particles 1301 and the kinetic energy of the fine particles. By lowering the ratio of kinetic energy among the energies required to form the structure 1300, the obtained structure has a low degree of impact fracture (crystal refinement) of the particles, and the dislocation inside the crystal grain is reduced, which is important for bonding between the fine particles. The compressive residual stress exerted on it is low. On the other hand, bonding between the particles is strengthened by the surface activation energy of the particles, so that a low-density structure is obtained. In this case, the fine particles in the structure 1300 are less refined than in the structure 1100, and the deformation of the particles is less than that in the structure 1100, and there is almost no deformation.

도 14(a)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체(1100)에서 미립자끼리의 접합 영역을 확대하여 나타낸다. 도 14(b)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체(1200)에 대한 미립자끼리의 접합 영역을 확대해서 나타낸다. 도 14(a) 및 도 14(b)에 나타난 구조체 중 미립자끼리의 접합 영역은, 미립자의 극표층 각각의 활성 영역이 접합된 영역으로서, 도 14(a) 및 도 14(b )에서 점선으로 나타냈으며, 또한 고온의 전자나 이온에 의해, 원자(도 14(a) 및 도 14(b)의 테두리 중에 원으로 나타난)끼리의 결합이 절단되거나 신축되어 결정 구조가 흐트러진 상태인, 미립자 극표층의 각 비정질상을 포함하는 활성 영역이 접합된 접합 영역을 확대하여 표시하였다. 구조체(1100)의 접합 영역에서, 구조체(1100) 중의 미립자(1101a) 및 미립자(1101b)는 도 14(a)에 화살표로 표시한 압축 응력을 가한다. 구조체(1200)의 접합 영역에 대하여, 구조체(1200) 중의 미립자(1201a) 및 미립자(1201b)는 도 14(b)의 점선의 화살표로 표시된 압축 응력을 충돌 분쇄에 의해 미세화된 미립자에 의해 접합 영역에 부여한다. 또한 이때 구조체(1200) 중의 미립자(1201a) 및 미립자(1201b)는 압축 응력에 의해 변형되기 때문에, 구조체(1100)의 미립자(1101a)나 미립자(1101b)보다도 구조체(1200) 중의 미립자(1201a)나 미립자(1201b)는 변형되어 있다. 또한 화살표로 표시된 압축 응력은 구조체(1200)보다도 구조체(1100) 쪽이 크고, 예를 들면 구조체(1100)의 높은 압축 잔류 응력을 가지는 치밀한 구조체 중의 미립자(1101)나 미립자(1101) 사이의 접합 영역은, 구조체(1200)처럼 미립자(1201)의 충돌 파쇄(결정 미세화)에 의해 결정립 내부에 전위가 도입되어, 미립자 사이의 접합에 높은 압축 잔류 응력을 부여하여, 미립자(1101) 사이의 접합이 강화되어 있다.14(a) shows an enlarged view of a junction region between particles in a structure 1100 according to an embodiment of the present invention. 14( b ) shows an enlarged view of a junction region between particles of a structure 1200 according to an embodiment of the present invention. Among the structures shown in FIGS. 14(a) and 14(b), the bonding region between the particles is a region where the active regions of each of the extreme surface layers of the particles are joined, and are indicated by dotted lines in FIGS. 14(a) and 14(b). 14(a) and 14(b), bonds between atoms (shown as circles in the edges of FIGS. 14(a) and 14(b)) are cleaved or stretched by high-temperature electrons or ions, resulting in a disordered crystal structure. The active regions including each amorphous phase of were enlarged and displayed. In the junction region of the structure 1100, the microparticles 1101a and 1101b in the structure 1100 apply a compressive stress indicated by arrows in FIG. 14(a). Regarding the bonding area of the structure 1200, the microparticles 1201a and 1201b in the structure 1200 are subjected to compressive stress indicated by dotted arrows in FIG. grant to At this time, since the fine particles 1201a and 1201b in the structure 1200 are deformed by compressive stress, the fine particles 1201a and 1201b in the structure 1200 are larger than the fine particles 1101a and 1101b of the structure 1100. The fine particles 1201b are deformed. The compressive stress indicated by the arrow is greater in the structure 1100 than in the structure 1200. For example, the structure 1100 has a high compressive residual stress between the particles 1101 in the dense structure and the junction area between the particles 1101. Like the silver structure 1200, dislocations are introduced into the crystal grains by impact fracture (crystal refinement) of the fine particles 1201, and high compressive residual stress is applied to the bonding between the fine particles, so that the bonding between the fine particles 1101 is strengthened. has been

여기서 도 15을 참조한다. 도 15는 본 발명에 따른 구조체의 제조 방법에 의해 형성되는 비정질상을 포함하는 활성 영역을 구비하는 미립자의 단면 모델이다. 도 15(a)는 단결정 미립자(1010)를 육각형의 단결정으로 나타내며, 도 15(b)는 결정자(1022)를 구비하는 육각형 다결정 미립자(1021)로서 나타내며, 도 15(c)는 결정자(1032)를 구비하는 육각형 다결정 미립자(1031)가 응집된 응집 분말(1030)을 나타낸다.Reference is made to FIG. 15 here. 15 is a cross-sectional model of particulates having an active region including an amorphous phase formed by a method for manufacturing a structure according to the present invention. Fig. 15(a) shows single crystal fine particles 1010 as hexagonal single crystals, Fig. 15(b) shows them as hexagonal polycrystalline fine particles 1021 having crystallites 1022, and Fig. 15(c) shows crystallites 1032 Agglomerated powder 1030 in which hexagonal polycrystalline fine particles 1031 having are agglomerated is shown.

도 16은 본 발명의 일 실시형태에 따른 입자의 구조의 상세를 설명하는 단면 모델이다. 도 16(a)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체를 형성하는 데 사용되는 원료 미립자(1501)를 나타내고, 도 16(b)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체를 구성하는 변형이 작은 미립자(1101)를 나타내며, 도 16(c)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조체를 구성하는 변형이 큰 미립자(1201)를 나타낸다. 도 16에 나타난 원료 미립자는 도 15에 나타난 다결정 미립자(1021)뿐만 아니라 단결정 미립자(1010)나, 원료 미립자(1031)를 응집시킨 응집 분말(1030)로 해도 된다. 미립자는 가해진 압축 응력에 의해 변형된다. 도 16(b)의 변형된 미립자(1101)나 도 16(c)의 변형된 미립자(1201)는, 도 16(a)의 원료 미립자(1501)와 동일한 체적을 가지고 있다. 미립자의 변형을 나타내는 지표로서, 미립자의 단변과 장변을, 단변을 분자, 장변을 분모로 하여 나누어 산출하는 경우, 그 수치는 0.1에서 0.99의 범위이다. 도 16(b)나 도 16(c)의 미립자의 표층에는, 플라즈마 등에 의해 생성된 비정질상을 포함하는 활성 영역이 구비된다. 미립자의 변형이 큰 경우에는, 동시에, 미립자 중의 결정자가 충돌 분쇄에 의해 미세화되어, 전위나 왜곡(distortion)이 구비되어, 결정 격자 간격이 좁게 된다. 강한 압축 응력을 준 경우, 도 16(c)의 미립자 표층은, 플라즈마 등에 의해 생성되는 비정질상과, 미립자의 충돌 분쇄에 의해 생성되는 면을 구비하는 표층(1211)으로 된다. 예를 들면 강한 압축 응력에 의해, 도 16(c)의 미립자 표층의 플라즈마 등에 의해 생성되는 비정질상 일부는 균열되어, 미립자 중 결정자가 표층에 나타나 있는 미립자 표층(1212)으로 된다. 본 발명의 구조체는 도 16(b)나 도 16(c)의 특징을 갖춘 미립자, 또한 미립자가 혼재하는 구조체가 형성된다.16 is a cross-sectional model explaining the details of the structure of a particle according to an embodiment of the present invention. 16(a) shows raw material particulates 1501 used to form a structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 16(b) shows a structure according to an embodiment of the present invention having a small deformation. The particulate 1101 is shown, and FIG. 16(c) shows the particulate 1201 having a large deformation constituting a structure according to an embodiment of the present invention. The raw material fine particles shown in FIG. 16 may be not only the polycrystal fine particles 1021 shown in FIG. 15 , but also single crystal fine particles 1010 or agglomerated powder 1030 obtained by aggregating raw material fine particles 1031 . The particulate is deformed by the applied compressive stress. The deformed particulate 1101 in FIG. 16(b) and the deformed particulate 1201 in FIG. 16(c) have the same volume as the raw material particulate 1501 in FIG. 16(a). As an index representing the deformation of fine particles, when calculated by dividing the short side and the long side of the fine particles with the short side as the numerator and the long side as the denominator, the numerical value is in the range of 0.1 to 0.99. An active region containing an amorphous phase generated by plasma or the like is provided on the surface layer of the fine particles in FIG. 16(b) or FIG. 16(c). When the deformation of the fine particles is large, at the same time, the crystallites in the fine particles are refined by impact crushing, and dislocations and distortions are formed, and the crystal lattice spacing is narrowed. When a strong compressive stress is applied, the surface layer of the fine particles in FIG. 16(c) becomes a surface layer 1211 having an amorphous phase generated by plasma or the like and a surface formed by impact grinding of the fine particles. For example, due to strong compressive stress, a part of the amorphous phase generated by plasma or the like in the surface layer of the fine particle in FIG. In the structure of the present invention, a structure in which fine particles having the characteristics of FIG. 16(b) or FIG. 16(c) or fine particles are mixed is formed.

상술한 실시형태에 따른 구조체를 형성하는 출발 원료를 단결정 미립자(1010)로 하는 경우, 본 발명에 따른 구조체의 제조 방법에 의해, 그 표면에 활성 영역(1013)을 형성할 수 있는데, 단결정 미립자(1010)의 미세화는 다결정 미립자(1021)만큼 진행되지 않고, 접합 영역에 부여되는 압축 응력이 작은 등의 이유에 의해, 다결정 미립자(1021)를 출발 원료로 하는 경우보다 단결정 미립자(1010)를 출발 원료로 하는 구조체의 기계적 강도가 낮다. 또한 본 발명의 실시형태에 따른 구조체를 형성하는 출발 원료를 다결정 미립자(1031)가 집합된 응집 분말(1030)로 하는 경우, 플라즈마 등에 의해 활성화되는 활성 영역(1033)의 범위는, 응집 분말(1030)의 표면 영역이거나, 미립자의 충돌 분쇄의 일부가 응집 분말(1030)의 파쇄에 이용되거나하는 등의 이유로, 다결정 미립자(1021)를 출발 원료로 하는 경우보다도 응집 분말(1030)을 출발 원료로 하는 구조체의 기계적 강도가 낮다. 출발 원료의 물성 등에 의해서도 영향을 받지만, 구조체의 기계적 강도는, 사용하는 원료 입자가 응집 분말<단결정 미립자<다결정 미립자인 순서로 높아진다. 구조체를 형성할 때 미립자가 응집을 일으키고 있는 경우에는, 미리 에어로졸화된 미립자에 파쇄기 등을 이용하여, 미립자의 응집 상태를 해제하는 방법을 추가함으로써, 다결정 미립자(1021) 표면에 활성 영역(1023)이 형성되어, 얻어지는 구조체의 기계적 강도와 균일성이 더욱 높아진다.When the starting material for forming the structure according to the above-described embodiment is the single crystal fine particle 1010, the active region 1013 can be formed on the surface of the structure by the method for manufacturing the structure according to the present invention. The single crystal fine particle ( 1010) does not progress as much as polycrystalline fine particles 1021, and single crystal fine particles 1010 are used as a starting material rather than polycrystalline fine particles 1021 as a starting material for reasons such as a small compressive stress applied to the joint region. The mechanical strength of the structure to be low. Further, when the starting material for forming the structure according to the embodiment of the present invention is the agglomerated powder 1030 in which the polycrystalline fine particles 1031 are aggregated, the range of the active region 1033 activated by plasma or the like is the agglomerated powder 1030 ), or a part of the impact grinding of the fine particles is used for crushing the agglomerated powder 1030, etc. The mechanical strength of the structure is low. Although affected by the physical properties of the starting materials, etc., the mechanical strength of the structure increases in the order that the raw material particles used are agglomerated powder < single crystal fine particles < polycrystalline fine particles. When the microparticles are agglomerated during the formation of the structure, an active region 1023 is formed on the surface of the polycrystalline microparticles 1021 by adding a method for canceling the aggregation state of the microparticles using a crusher or the like to the microparticles previously aerosolized. This formation further increases the mechanical strength and uniformity of the structure obtained.

[구조체 제조 방법][Method for manufacturing structure]

상술한 본 발명에 따른 구조체는, 예를 들어 도 17에 나타난 구조체 제조용 장치(2000)를 이용하여 제조할 수 있다. 또한 도 18에 나타난 단계를 따라 본 발명에 따른 구조체 제조 방법의 일 실시형태를 설명한다. 구조체 제조용 장치(2000)는, 예를 들어 에어로졸 발생기(2103), 구조체 제조부(2107) 및 플라즈마 발생용 전원(2108)을 구비한다. 또한 구조체 제조용 장치(2000)는, 원료 미립자 중의 응집 입자나 조립(造粒)에 의해 형성된 2차 입자를 1차 입자 상태로 해제하는 분쇄기(2105)를 갖추는 것이 바람직하다. 에어로졸 발생기(2103)는 가스 반송관(2102)을 통해 반송 및 플라즈마 생성 가스용 봄베(2101)와 접속된다. 에어로졸 발생기(2103)는 에어로졸 반송관(2104)을 통해 분쇄기(2105)에 접속된다. 분쇄기(2105)는 에어로졸 반송관(2106)을 통해 구조체 제조부(2107)에 접속된다.The structure according to the present invention described above can be manufactured using, for example, the apparatus 2000 for manufacturing a structure shown in FIG. 17 . In addition, one embodiment of the structure manufacturing method according to the present invention will be described along with the steps shown in FIG. 18 . The apparatus 2000 for manufacturing a structure includes, for example, an aerosol generator 2103, a structure manufacturing unit 2107, and a power source 2108 for generating plasma. Furthermore, it is preferable that the apparatus 2000 for manufacturing a structure includes a grinder 2105 for releasing agglomerated particles and secondary particles formed by granulation in the raw material fine particles into a state of primary particles. An aerosol generator 2103 is connected to a cylinder 2101 for conveying and plasma generating gas via a gas conveying pipe 2102. The aerosol generator 2103 is connected to the mill 2105 via an aerosol delivery tube 2104. The grinder 2105 is connected to the structure manufacturing unit 2107 via an aerosol delivery tube 2106.

구조체 제조부(2107)에는 플라즈마 발생장치(2109)가 배치되며, 에어로졸 반송관(2106)이 플라즈마 발생장치(2109)의 일단에 접속된다. 플라즈마 발생장치(2109)의 타단에는 노즐(2110)이 배치된다. 플라즈마 발생장치(2109)로는 예를 들어 유도 코일을 사용할 수 있다. 또한 구조체 제조부(2107)에는, 노즐(2110)에 대향하는 위치에 스테이지(2112)가 배치되며, 스테이지(2112)에는 노즐(2110)에 대향하도록 기재(2111)가 배치된다. 구조체 제조부(2107)에는 구조체 제조부(2107) 내부를 감압, 탈기하는 진공 펌프(2113)가 접속된다. 분쇄기(2105)는 플라즈마 발생장치(2109)의 전단에 배치되는 것이 바람직하다.A plasma generating device 2109 is disposed in the structure manufacturing unit 2107, and an aerosol transport pipe 2106 is connected to one end of the plasma generating device 2109. A nozzle 2110 is disposed at the other end of the plasma generating device 2109. As the plasma generator 2109, for example, an induction coil can be used. Further, in the structure manufacturing section 2107, a stage 2112 is disposed at a position facing the nozzle 2110, and a substrate 2111 is disposed on the stage 2112 so as to face the nozzle 2110. The structure production unit 2107 is connected to a vacuum pump 2113 for depressurizing and degassing the inside of the structure production unit 2107 . The grinder 2105 is preferably disposed in front of the plasma generator 2109.

원료 미립자(2301)는 에어로졸 발생기(2103)에서, 예를 들면 반송 및 플라즈마 생성 가스용 봄베(2101)로부터 아르곤이나 헬륨 등의 불활성 가스를 공급하고(S101), 공급되는 가스 종류와 혼합·교반되어 에어로졸화된다(S103). 이어 미립자의 융점 이하 온도 영역에서 플라즈마 발생장치(2109) 내의 에어로졸 반송로나 노즐(2110) 내에 발생하는 비열평형 플라즈마를 이용하여 미립자 표면을 전자적으로 여기시키는 등, 연속적으로 미립자의 극표층에 활성 영역(2130)을 생성한다(S105). 플라즈마 발생장치(2109) 내의 에어로졸 반송로에서, 예를 들어 유도 코일 바로 아래 부근이 가장 에너지가 높은 상태이며, 고에너지 공간이 되는 플라즈마 내부를 미립자가 반송되며, 반송되는 10-2초, 바람직하게는 10-3초로부터 10-5초 사이에 미립자 표층에 활성 영역이 생성된다. 플라즈마 발생장치(2109)의 에어로졸 반송로 내부의, 미립자 표층에 활성 영역을 부여하는 고에너지 공간은, 원료 미립자의 용융점 이하 온도인 것이 바람직하다. 활성 영역(2130)을 부여한 미립자(2302)를 포함하는 에어로졸은 기재(2111)에 분출된다(S107). 기재(2111)에 미립자(2302)가 도달하여, 미립자(2302)의 표면 활성화 에너지와 미립자(2302)의 운동 에너지에 의해, 미립자(2302)끼리 및 미립자(2302)와 기재(2111) 각각의 활성 영역을 통해 접합된 접합 영역을 형성한다. 미립자 표층의 활성 영역 생성에 이용하는 플라즈마는, 기재까지 도달하는 플라즈마 플레임을 가지는데, 기재에 열손상을 주지 않는 것이 바람직하다. 플라즈마에 의해 생성되는 미립자 표층의 활성 영역은, 플라즈마 플레임 중을 비행하여 미립자가 기재에 도달할 때까지 유지되며, 플라즈마에 의해 생성되는 활성 영역 및 미립자의 충돌 파쇄에 의해 생성되는 활성 영역을 통해, 미립자 끼리 및 미립자와 기재가 접합된다. 이에 따라 기재(2111)의 표면에 미립자(2302)가 퇴적하여 피복층(2305)이 형성되어, 구조체(2307)를 제조할 수 있다.The raw material fine particles 2301 are supplied with an inert gas such as argon or helium from an aerosol generator 2103, for example, from a transport and plasma generating gas cylinder 2101 (S101), and mixed and stirred with the supplied gas type. It is aerosolized (S103). Subsequently, in the temperature range below the melting point of the fine particles, the surface of the fine particles is electronically excited by using the aerosol transport path in the plasma generator 2109 or the non-thermal equilibrium plasma generated in the nozzle 2110, etc., continuously in the active region ( 2130) is generated (S105). In the aerosol conveyance path in the plasma generating device 2109, the energy is highest in the vicinity immediately below the induction coil, for example, and the particles are conveyed inside the plasma, which becomes a high energy space, for 10 -2 seconds, preferably. An active region is created on the surface layer of the microparticles between 10 -3 seconds and 10 -5 seconds. The high-energy space in the aerosol transport path of the plasma generating device 2109, which provides an active region to the surface layer of the fine particles, is preferably at a temperature equal to or lower than the melting point of the raw material fine particles. The aerosol containing the fine particles 2302 to which the active area 2130 is applied is ejected onto the substrate 2111 (S107). When the fine particles 2302 reach the substrate 2111, the fine particles 2302 and each other and the fine particles 2302 and the substrate 2111 are activated by the surface activation energy of the fine particles 2302 and the kinetic energy of the fine particles 2302. A bonding area bonded through the area is formed. The plasma used for generating the active region of the surface layer of the microparticles has a plasma flame reaching the substrate, but preferably does not cause thermal damage to the substrate. The active region of the surface layer of the fine particles generated by the plasma is maintained until the fine particles reach the substrate by flying in the plasma flame, and through the active region generated by the plasma and the active region generated by collision and crushing of the fine particles, The fine particles are bonded to each other and the fine particles and the base material are bonded. Accordingly, the fine particles 2302 are deposited on the surface of the substrate 2111 to form the coating layer 2305, and the structure 2307 can be manufactured.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 플라즈마 등에 의해 미립자 표면이나 기재 표면에 부여된 비정질상을 포함하는 활성 영역을 통한 접합 영역에 의한 미립자 사이의 접합과, 미립자의 충돌 파쇄(결정 미세화)에 의해 결정립 내에 전위를 도입하여, 미립자 사이의 접합에 대해 높은 압축 응력을 부여하여 미립자 사이의 접합의 강화를 도모함에 따라, 구조체의 기계적 강도는 향상된다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 1차 입자의 충돌 파쇄 효과와 플라즈마의 열적 효과에 의해, 1차 입자 표면에 활성 영역을 형성한다. 또한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 1차 입자의 충돌 분쇄 효과에 플라즈마의 열적 효과를 원용함으로써, 1차 입자 표면의 활성 영역을 늘려, 구조체를 형성하는 데 이용하는 원료 미립자의 이용 효율을 높인다.According to one embodiment of the present invention, bonding between fine particles by a bonding region through an active region including an amorphous phase applied to the surface of the fine particles or the surface of a substrate by plasma or the like, and collision crushing (crystal refinement) of the fine particles into crystal grains By introducing dislocations and imparting a high compressive stress to the bonding between the microparticles to enhance the bonding between the microparticles, the mechanical strength of the structure is improved. According to one embodiment of the present invention, an active region is formed on the surface of the primary particle by the impact fracture effect of the primary particle and the thermal effect of the plasma. In addition, according to one embodiment of the present invention, by applying the thermal effect of plasma to the impact crushing effect of the primary particles, the active area on the surface of the primary particles is increased, and the efficiency of using the raw material fine particles used to form the structure is increased.

종래의 용사법에서는 치밀한 구조체를 형성하는 경우, 입자 전체를 용융하고, 열에 의한 물질 유동을 촉진할 필요가 있었기 때문에, 입자 사이의 접합 영역에 형성되는 비정질상의 두께를 초박형으로 하기가 쉽지 않다. 이에 대해, 본 발명의 실시형태에 따르면, 미립자 사이의 접합 영역을 정밀하게 생성할 수 있다.In the conventional thermal spraying method, when forming a dense structure, it is necessary to melt the entire particle and promote material flow by heat, so it is not easy to make the thickness of the amorphous phase formed in the junction region between the particles ultra-thin. In contrast, according to the embodiment of the present invention, it is possible to precisely create a junction region between fine particles.

도 19(a)는 종래의 에어로졸 증착법에 의한 원료 미립자(1041)가 충돌 파쇄 변형된 미립자(1040)의 단면 모델이며, 도 19(b)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법에 의한 원료 미립자(1041)가 충돌 파쇄 변형된 미립자(1050)의 단면 모델이다. 또한 도 20(a)는 종래 에어로졸 증착법에 의한 입자 간 결합 입자/기판 간 결합의 단면 모델이고, 도 20(b)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법에 의한 입자 간 결합, 입자/기판 간 결합의 단면 모델이다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 종래 에어로졸 증착 방법에서는 도 19(a), 도 20(a)에 나타난 바와 같이, 충돌 분쇄에 의해 형성되는 파쇄면을 활성 영역(신생면)(1044)으로서 이용하여, 입자 간 결합, 입자/기판 간 결합을 형성한다. 이 때문에, 파쇄 전 입자 표면에 해당하는 불활성 영역(1045)은, 입자 파쇄 후에도 불활성 상태이며, 이 때문에 분쇄되어 미세화된 입자의 표면이 모두 활성화되어 있지 않다. 따라서 파쇄에 의해 미세화된 입자 표면의 일부에는 불활성 영역(1045)이 있고, 이와 같은 불활성인 영역면끼리가 접촉하거나, 한쪽 접촉면이 불활성인 경우, 강고한 결합을 형성하지 못하고, 미세화된 입자끼리나 미세화된 입자와 기재가 반발하여, 구조체의 형성에는 기여하지 않는다. 따라서 구조체를 형성하는 원료 미립자의 이용 효율이 낮아 실용 상 큰 과제였다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 도 19(b), 도 20(b)에 나타난 바와 같이 파쇄 전의 불활성 원료 입자 표면을 플라즈마(1080)에 노출시킴으로써, 미리 활성화해두고, 또한 이와 같이 표면이 활성화된 원료 입자를 충돌 파쇄에 의해 미세화하면, 미세화된 입자의 표면은 모두 활성 영역(1053, 1054)으로 되어, 미세한 입자의 유동에 의해 치밀화가 진행됨과 동시에, 미세화되어 표면이 모두 활성화된 미립자끼리나 미립자와 기재가 접촉하는 것만으로, 강고한 결합을 용이하게 형성하여, 구조체 형성 시 관여하는 원료 분말의 이용 효율도 크게 향상시키며, 치밀한 막으로부터 다공성 막까지 제어성이 좋게 형성할 수 있다. 이에 따라 도 20(b)에 나타난 바와 같이, 충돌 분쇄에 의해 형성되는 미립자 표면의 접합에 기여하는 활성 영역(1053) 및, 플라즈마에 노출됨으로써 형성되는 미립자 표층의 비정질상을 포함하는 활성 영역(1054)을 통해 접합함으로써, 실용적인 원료 분말의 이용 효율 및 형성 속도 또는 실용적인 강도나 밀도를 가진 구조체를 형성할 수 있다.19(a) is a cross-sectional model of the particle 1040 in which the raw material particle 1041 by the conventional aerosol deposition method is collided and deformed, and FIG. 19(b) is a raw material by the manufacturing method according to an embodiment of the present invention. The particle 1041 is a cross-sectional model of the particle 1050 in which the particle 1041 is crushed and deformed by collision. In addition, FIG. 20 (a) is a cross-sectional model of the bonding between particles/substrate by a conventional aerosol deposition method, and FIG. 20 (b) is a cross-sectional model of bonding between particles and particle/substrate by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention. It is a cross-sectional model of liver coupling. According to one embodiment of the present invention, in the conventional aerosol deposition method, as shown in FIGS. 19(a) and 20(a), a crushed surface formed by impact grinding is used as an active region (new surface) 1044. Thus, bonds between particles and between particles/substrate are formed. For this reason, the inactive region 1045 corresponding to the particle surface before crushing is in an inactive state even after particle crushing, and therefore, the surfaces of the particles refined by pulverization are not all activated. Therefore, there is an inactive region 1045 on a part of the surface of particles refined by crushing, and when the surfaces of such inactive regions are in contact with each other or one contact surface is inactive, a strong bond cannot be formed, and the refined particles or The micronized particles and the substrate are repelled and do not contribute to the formation of the structure. Therefore, the utilization efficiency of the raw material fine particles forming the structure is low, which is a major problem in practical use. According to one embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 19(b) and 20(b), the surface of the inactive raw material particle before crushing is exposed to plasma 1080 to activate in advance, and the surface is activated in this way. When the raw material particles are refined by collision crushing, the surfaces of the refined particles all become active regions 1053 and 1054, and densification proceeds by the flow of the fine particles, and at the same time, fine particles whose surfaces are all activated by being refined are Just by contacting the fine particles with the substrate, a strong bond is easily formed, greatly improving the efficiency of using the raw material powder involved in the formation of the structure, and it is possible to form a dense film to a porous film with good controllability. Accordingly, as shown in FIG. 20(b), an active region 1053 contributing to bonding of the surface of the fine particle formed by impact grinding and an active region 1054 including the amorphous phase of the surface layer of the fine particle formed by exposure to plasma By bonding through, it is possible to form a structure having practical use efficiency and formation speed of raw material powder or practical strength or density.

종래의 에어로졸 증착 방법에서는, 구조체에 접합된 기재의 형상은 평면 형상이 바람직하며, 또한 제조 프로세스에서의 방법에 의해 복잡한 형상을 가지는 상기 기재에 대해 구조체를 형성하였는데, 기재에 예리하거나 곡률 반경이 작은 에지부가 있는 경우, 충돌한 입자에 수직 방향으로 충돌 압축력이 충분히 주어지지 않고, 입자 파쇄에 의한 활성 영역 형성이 진행되지 않기 때문에 충돌된 입자가 기재에 대해 반발하여, 피막이나 구조체를 형성할 수 없다. 오히려, 입자와 기재 사이에 전단력이 작용하여, 입자는 분쇄되지 않고 기재가 에칭되거나, 퇴적된 피막이나 구조체 표면에 반복 압축력을 부여하기 때문에 내부 응력이 증가하여, 기재와의 결합력이 약한 것과 함께, 피막이나 구조체의 기재로부터의 박리를 발생시키는 등의 문제가 있었다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 미립자의 충돌 분쇄에 의해 생성되는 활성 영역 뿐만 아니라, 플라즈마 등에 의해 생성되는 비정질상을 포함하는 활성 영역을 통해 미립자끼리나 미립자와 기재를 접합함으로써, 구조체의 내부 응력은 완화, 정밀 조정이 가능하며, 또한 미립자 표면과 기재 표면 사이의 접합에 기여하는 활성 영역의 면적을 크게 함으로써, 기재에 전처리 등이 필요 없이 직접적으로 구조체를 형성할 수 있다. 예를 들어 기재의 에지부나 원 및 구 형상 등에 구조체를 형성할 수 있다.In the conventional aerosol deposition method, the shape of the substrate bonded to the structure is preferably a flat shape, and the structure is formed on the substrate having a complicated shape by a method in the manufacturing process, but the substrate is sharp or has a small radius of curvature. When there is an edge portion, the impact compressive force is not sufficiently applied to the colliding particles in the vertical direction, and since the formation of the active region by particle crushing does not proceed, the colliding particles repel the substrate, so that a film or structure cannot be formed. . Rather, shear force acts between the particles and the substrate, the particles are not pulverized, the substrate is etched, or a repeated compressive force is applied to the surface of the deposited film or structure, so internal stress increases, and the bonding force with the substrate is weak, There has been a problem such as occurrence of peeling from the base material of the film or structure. According to one embodiment of the present invention, the internal stress of the structure is reduced by bonding the fine particles or the fine particles and the substrate through an active region including an amorphous phase generated by plasma or the like as well as an active region generated by impact pulverization of fine particles. Relaxation and fine adjustment are possible, and by increasing the area of the active region contributing to the bonding between the surface of the fine particles and the surface of the substrate, the structure can be directly formed on the substrate without the need for pretreatment or the like. For example, a structure can be formed on the edge part of a base material, or in the shape of a circle or sphere.

또한 다공질 기재와 같이 요철 형상을 표면에 가지는 기재 표면에도, 플라즈마 등에 의해 생성되는 비정질상을 포함하는 활성 영역 및, 미립자의 충돌 분쇄에 의해 생성되는 활성 영역을 통해 미립자끼리나 미립자와 기재를 접합함으로써, 미립자 표면과 기재 표면 사이의 접합에 기여하는 활성 영역의 면적을 크게 할 수 있어, 전처리 등이 필요 없이 직접적으로 구조체를 형성할 수 있다. 또한 종래 에어로졸 증착법에서는 요철 등의 기재 형상에 영향을 받아, 미립자를 충돌 분쇄하여 높은 압축 잔류 응력을 구조체에 부여하기가 용이하지 않고, 따라서 미립자 사이나 미립자와 기재 사이에서 박리되어 직접적으로 구조체를 형성하는 것이 용이하지 않았지만, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 미립자 표면이나 기재 표면에 부여된 비정질상을 포함하는 활성 영역을 통해 접합 영역에 의한 미립자 사이의 접합과, 미립자의 충돌 파쇄(결정 미세화)에 의해 결정립 내부에 전위를 도입하여, 미립자 사이의 접합에 대해 높은 압축 응력을 주어 미립자 사이의 접합 강화를 도모할 수 있어, 직접적으로 압축 잔류 응력을 가지는 구조체를 형성할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시형태에서, 미립자와 기재 사이의 접합 영역에서, 플라즈마에 노출된 원료 미립자 표면의 온도를, 수지 기재 등의 열가소성 온도에 근접하게 하여, 연질의 열가소성 수지 기재에도 전처리 등이 필요 없이 직접적으로 구조체를 형성할 수 있다.Further, even on the surface of a substrate having a concavo-convex shape on the surface, such as a porous substrate, the fine particles or the fine particles and the substrate are bonded to each other or to the substrate through an active region containing an amorphous phase generated by plasma or the like and an active region generated by impact grinding of the fine particles, The area of the active region contributing to bonding between the surface of the fine particle and the surface of the substrate can be increased, and a structure can be directly formed without the need for pretreatment or the like. In addition, in the conventional aerosol deposition method, it is not easy to impart a high compressive residual stress to the structure by impacting and crushing the microparticles under the influence of the shape of the substrate, such as irregularities. Although it was not easy to do this, according to an embodiment of the present invention, bonding between fine particles by the bonding region through an active region including an amorphous phase applied to the surface of the fine particles or the substrate surface, and impact crushing of the fine particles (crystal refinement) By introducing dislocations into the crystal grains and applying high compressive stress to the bonding between the microparticles, it is possible to strengthen the bonding between the microparticles, thereby directly forming a structure having compressive residual stress. Further, in one embodiment of the present invention, in the bonding region between the fine particles and the substrate, the temperature of the surface of the raw material fine particles exposed to the plasma is brought close to the thermoplastic temperature of the resin substrate or the like, so that the soft thermoplastic resin substrate requires pretreatment or the like structure can be formed directly without

또한 본 발명에 따르면, 상술한 구조 상의 특징인 접합 영역에 두께를 갖게 하는 것, 또한 원료 미립자에 입도 분포를 갖게 하는 것, 및 구조체 내에 압축 잔류 응력을 갖게 하는 것에 의해, 연속적으로 경사 구조를 가지는 구조체를 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 예를 들어 전술한 다공질 기재에 밀도가 낮은 기재 표면으로부터 밀도가 높은 구조체는, 미립자 표층에 활성 영역을 부여하고, 구조체 중 변형하는 미립자의 단변/장변의 값이, 기재 계면 근방의 미립자의 값>구조체 표층 근방의 미립자의 값이 되게 하여, 형성할 수 있다. 또한 본 발명의 실시형태에 따르면, 미립자 표면 사이나 미립자 표면과 기재 표면 사이의 접합에 기여하지 않는 미립자 표면의 활성 영역을 이용함으로써, 가스 치환 반응이나 흡착 반응 및 개질 반응 등의 표면 화학 반응의 높은 반응 특성장(特性場)을 고밀도로 유지하는 구조체를 형성할 수 있다.In addition, according to the present invention, by giving a thickness to the joint area, which is the above-described structural feature, by giving the raw material fine particles a particle size distribution, and by giving a compressive residual stress in the structure, a continuously inclined structure structure can be formed. According to one embodiment of the present invention, for example, a structure having a high density from the surface of a substrate having a low density in the above-described porous substrate provides an active area to the surface layer of the microparticles, and the value of the short/long sides of the deformable microparticles in the structure is . Further, according to an embodiment of the present invention, surface chemical reactions such as gas exchange reactions, adsorption reactions, and reforming reactions are enhanced by using an active region on the surface of the microparticles that does not contribute to bonding between the surfaces of the microparticles or between the surfaces of the microparticles and the surface of the substrate. A structure that maintains a high density of reaction characteristic fields can be formed.

또한 본 발명에 따르면, 상술한 구조 상 특징인 접합 영역에 두께를 갖게 하는 점, 또한 원료 미립자에 입도 분포를 갖게 하는 점, 및 구조체 내에 압축 잔류 응력을 갖게 하는 점에 의해, 벌크 재료나 용사 피막보다 두께는 얇고, 또한 높은 절연 특성이나 열 특성을 갖춘 구조체를 형성할 수 있다.In addition, according to the present invention, bulk materials and thermal sprayed coatings are formed by providing a thickness in the joint area, which is the above-mentioned structural feature, and having a particle size distribution in the raw material fine particles, and having a compressive residual stress in the structure. It is possible to form a structure having a thinner thickness and higher insulating properties and thermal properties.

실시예 Example

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples, but the present invention is not limited to these examples.

본 실시예에서 사용한 플라즈마 원용 초미립자 구조체 형성 장치(10)의 기본 구성은 도 3에 나타난 것과 같은 구성이다. 따라서 중복 설명은 생략한다. 유도 결합형 고주파 플라즈마를 발생시키기 위한 코일은 3~4번 감긴 형태이다. 고주파 플라즈마를 발생시키는 부분의 노즐 내경은 8~27mm이다. 세라믹 미립자를 기판에 분사하기 위해 사용된 노즐의 개구부 형상은 1mmㅧ10mm의 각형이나 5mm~27mm의 원형이다. 플라즈마 가스 종류는 아르곤, 헬륨, 질소, 건조 공기 또는 아르곤과 산소의 혼합 가스를 사용하였다. 가스 유량은 0.5~40SLM(표준상태 L/min)로 하였다. 전력은 0.5~6kW 범위로 하였다. 성막 챔버 내의 압력은 20Pa~2kPa 범위였다.The basic configuration of the apparatus 10 for forming an ultra-fine particle structure for a plasma source used in this embodiment is the same configuration as shown in FIG. 3 . Therefore, redundant description is omitted. A coil for generating inductively coupled high-frequency plasma is wound 3 to 4 times. The inner diameter of the nozzle of the part generating the high-frequency plasma is 8 to 27 mm. The shape of the opening of the nozzle used to inject the ceramic fine particles onto the substrate is a square of 1mm x 10mm or a circle of 5mm to 27mm. As the type of plasma gas, argon, helium, nitrogen, dry air or a mixed gas of argon and oxygen was used. The gas flow rate was 0.5 to 40 SLM (standard state L/min). The power was in the range of 0.5 to 6 kW. The pressure in the deposition chamber was in the range of 20 Pa to 2 kPa.

또한 시판되는 고주파 플라즈마 분석 소프트웨어에 의해, 플라즈마 유동 및 플라즈마 입자의 흐름을 시뮬레이션하였다. 또한 열전대를 사용하여 참고 온도를 측정하였다. 원료 미립자는 α알루미나(쇼와전공제 AL160-SG, 스미토모화학제 AA-02~5, 타이메크론, 후지코퍼레이티드제 연마재 분말), 이트리아 안정화 지르코니아(제일희원소화학공업제 8YSZ, 도소(Tosoh Corporation)제 8YSZ)를 사용하였다. 기재로는 스테인레스강, 수지, 알루미늄, 유리 기판을 사용하였다.In addition, the plasma flow and the flow of plasma particles were simulated by commercially available high-frequency plasma analysis software. In addition, a reference temperature was measured using a thermocouple. The raw material fine particles are α-alumina (AL160-SG manufactured by Showa Denko, AA-02~5 manufactured by Sumitomo Chemical, Tymecron, abrasive powder manufactured by Fuji Corporation), yttria stabilized zirconia (8YSZ manufactured by Jeil Rare Element Chemicals, Toso ( 8YSZ) manufactured by Tosoh Corporation) was used. As the substrate, stainless steel, resin, aluminum, and glass substrates were used.

(실시예 1)(Example 1)

상기 제조 방법에서 원료 입자는 α알루미나 입자(쇼와전공제 AL160-SG)를 이용하고 기재는 스테인리스강 기판을 사용했을 때의 성막 결과를 나타낸다. 노즐과 기판 사이의 거리는 20mm이고 노즐 내경은 10mm이며 플라즈마 가스는 아르곤을 사용하였다. 성막 위치에 둔 열전대의 지시값은 약 200℃였다. 도 4(a) 내지 도 4(d)는 이때 얻은 구조체 단면의 주사투과전자현미경 이미지 및 전자에너지손실분광법의 맵핑도이다. 즉 도 4(a)는 주사투과전자현미경에 의한 원환상 암시야 이미지이다. 도 4(b)는 전자에너지손실분광법에 의한 α알루미나의 맵핑 결과이고, 도 4(c)는 전자에너지손실분광법에 의한 γ알루미나의 맵핑 결과이며, 도 4(d)는 전자에너지손실분광법에 의한 비정질 알루미나의 맵핑 결과이다. 샘플 두께 80nm까지 얇게 하였고, 주사투과전자현미경으로 관찰하고, 또한 단면으로부터의 전자에너지손실분광스펙트럼을 취득했다. α알루미나, γ알루미나, 비정질 알루미나의 식별은 전자에너지손실분광스펙트럼에서 75eV~90eV의 범위에서 각각의 참조 데이터와 비교하여 피팅을 수행함으로써 판단했다. 이 결과에서 취성 재료 입자(201) 사이에 두께 20nm 정도의 활성화 단계인 비정질 알루미나상의 3차원 네트워크(202)가 형성되어 있는 것을 알 수 있다(도 4(d)). 입자 간의 간격은 대략 50nm 이하이다. 도 2의 모식도에 나타난 바와 같이, 취성 재료인 알루미나 입자 사이에 비정질이 존재하며, 취성 재료 입자끼리를 연결하는 가교 구조를 갖추고 있다. 또한 3차원 네트워크(202) 중에 취성 재료 입자(201)인 α알루미나가 존재하는 구조인 것으로 나타났다(도 4(a) 도 4(d)). 이때, 도 4(c)에서 알 수 있듯이 γ알루미나는 포함되어 있지 않았다.In the above production method, the film formation results are shown when α-alumina particles (AL160-SG manufactured by Showa Denko) were used as raw material particles and a stainless steel substrate was used as the base material. The distance between the nozzle and the substrate was 20 mm, the inner diameter of the nozzle was 10 mm, and argon was used as the plasma gas. The indicated value of the thermocouple placed at the film formation position was about 200°C. 4(a) to 4(d) are scanning transmission electron microscope images and electron energy loss spectroscopy mapping diagrams of cross-sections of the structures obtained at this time. That is, FIG. 4(a) is an annular dark field image obtained by a scanning transmission electron microscope. 4(b) is the mapping result of α-alumina by electron energy loss spectroscopy, FIG. 4(c) is the mapping result of γ-alumina by electron energy loss spectroscopy, and FIG. 4(d) is the result of mapping by electron energy loss spectroscopy. This is the mapping result of amorphous alumina. The sample was thinned to a thickness of 80 nm, observed with a scanning transmission electron microscope, and also acquired an electron energy loss spectroscopy spectrum from the cross section. Identification of α-alumina, γ-alumina, and amorphous alumina was determined by performing fitting by comparing with respective reference data in the range of 75 eV to 90 eV in the electron energy loss spectroscopy spectrum. From this result, it can be seen that a three-dimensional network 202 of an amorphous alumina phase, which is an activation stage and has a thickness of about 20 nm, is formed between the brittle material particles 201 (FIG. 4(d)). The spacing between the particles is approximately 50 nm or less. As shown in the schematic diagram of FIG. 2, amorphous material exists between the alumina particles, which is a brittle material, and has a cross-linked structure connecting the brittle material particles to each other. In addition, it was found to be a structure in which α-alumina, which is the brittle material particle 201, is present in the three-dimensional network 202 (FIG. 4(a), FIG. 4(d)). At this time, as shown in FIG. 4(c), γ-alumina was not included.

도 5에 비슷한 조건에서 유리 기판 상에 구조체를 형성하였을 때(구조체(Ar))의 X선 회절 결과를 나타내었다. 비교를 위해, α알루미나 입자(쇼와전공제 AL160-SG) 분말의 X선 회절 결과, 플라즈마 가스로서 헬륨 가스를 이용한 경우(구조체(He))의 X선 회절 결과도 나타내었다. 분말이나 구조체의 결정 구조는 X선 회절(XRD, Rigaku RINT-2550V, CuKa 40kV 200mA)에 의해 분석하였다. 플라즈마 가스로 아르곤 가스를 이용한 경우(구조체(Ar)) 및 플라즈마 가스로서 헬륨 가스를 이용한 경우(구조체(He))도 마찬가지로 α알루미나인 분말과 유사한 피크가 관찰되었으며, 전자에너지손실분광스펙트럼의 결과와 같이, α알루미나만이며, γ알루미나는 관찰되지 않았다. 이때 플라즈마 가스로서 아르곤 가스를 이용한 경우 취성 재료 입자의 결정자 크기를, 쉐러 방정식(Scherrer equation)을 이용하여 계산하면 50nm 정도였다. 플라즈마 가스로 헬륨 가스를 이용한 경우의 취성 재료 입자의 결정자 크기를, 쉐러 방정식을 이용하여 계산하면 20nm 정도이며, 원료 분말에 비해 결정자 크기는 미세화되는 경향이 있었다.5 shows X-ray diffraction results when the structure was formed on a glass substrate under similar conditions (structure (Ar)). For comparison, the X-ray diffraction results of α-alumina particles (AL160-SG manufactured by Showa Denko) powder and the X-ray diffraction results of the case where helium gas was used as the plasma gas (structure (He)) are also shown. The crystal structure of the powder or structure was analyzed by X-ray diffraction (XRD, Rigaku RINT-2550V, CuKa 40kV 200mA). In the case of using argon gas as the plasma gas (structure (Ar)) and the case of using helium gas as the plasma gas (structure (He)), peaks similar to α-alumina powder were observed, and the results of the electron energy loss spectroscopy spectrum and Similarly, only α-alumina was observed, and γ-alumina was not observed. At this time, when argon gas was used as the plasma gas, the crystallite size of the brittle material particles was calculated using the Scherrer equation and was about 50 nm. The crystallite size of brittle material particles when helium gas is used as the plasma gas is about 20 nm when calculated using the Scherrer equation, and the crystallite size tends to be smaller than that of the raw material powder.

막 경도는 동적 경도계에 비커스 압자를 장착한 경도계(SHIMADZU DUH-211)를 이용하여 측정하였고, 이때의 비커스경도는 Hv300였다. 이 구조체의 경도는 취성 재료 입자의 비커스경도에 대해 0.2 정도의 값에 상당한다.The film hardness was measured using a dynamic hardness meter equipped with a Vickers indenter (SHIMADZU DUH-211), and the Vickers hardness at this time was Hv300. The hardness of this structure corresponds to a value of about 0.2 to the Vickers hardness of brittle material particles.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

도 6에 원료 입자인 α알루미나 입자(쇼와전공제 AL160-SG3) 단면의 주사투과전자현미경 이미지를 나타내었다. 원료 입자의 X선 회절 결과는 도 5에 나타난 바와 같이 α알루미나였다. 결정성을 나타내는 알루미나 입자(301) 입자 최표면(最表面, 303a), 입자 최표면(303b)까지, 평행한 격자 무늬를 관찰할 수 있어, 표면까지 결정이며, 비정질 알루미나가 초기 원료 분말에는 존재하지 않는 것을 알 수 있다. 이러한 원료 입자는 그대로 적층하여도, 입자끼리 결합하지 않고 압분체 밖에 되지 않았다.Fig. 6 shows a scanning transmission electron microscope image of a cross section of α-alumina particles (AL160-SG3 manufactured by Showa Denko), which is a raw material particle. The X-ray diffraction result of the raw material particles was α-alumina as shown in FIG. 5 . A parallel lattice pattern can be observed up to the outermost surface of the alumina particles 301 showing crystallinity (303a) and the outermost surface of the particle (303b), crystals up to the surface, and amorphous alumina is present in the initial raw material powder. You can see that it doesn't. Even when these raw material particles were laminated as they were, they did not bond with each other and only formed a green compact.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

도 7은 α알루미나 입자(후지미인코퍼레이티드제)를 통상의 플라즈마 용사로 분사했을 때 얻어진 구조체 단면의 주사투과전자현미경 이미지를 나타내었다. 플라즈마로 입자 내부까지 용융하고, 충돌 시에 편평하기 때문에, 구성되는 취성 재료 입자는 충돌 방향으로 편평한 이방형상을 취하게 되어, 등방적인 구조를 형성할 수 없다. 또한 기재로의 열추출에 의해 급냉 응고하기 때문에, 각각의 취성 재료 입자 내에는 열추출 방향과 평행하게 결정성장이 일어나고 있음을 알 수 있다. 전자에너지손실분광스펙트럼, X선 회절의 결과 취성 재료 입자는 γ알루미나이며, 초기 원료 취성 재료 입자와 다른 결정 구조를 하고 있어, 초기의 결정 구조를 유지할 수 없었다.7 shows a scanning transmission electron microscope image of a cross-section of a structure obtained when α-alumina particles (manufactured by Fujimi Incorporated) were sprayed by conventional plasma spraying. Since the particle is melted to the inside of the particle by the plasma and is flat at the time of collision, the brittle material particle to be constituted assumes a flat anisotropic shape in the collision direction, and an isotropic structure cannot be formed. In addition, it can be seen that crystal growth occurs in each brittle material particle in parallel with the direction of heat extraction, because the material is rapidly cooled and solidified by heat extraction to the substrate. As a result of electron energy loss spectroscopy and X-ray diffraction, the brittle material particles were γ-alumina and had a crystal structure different from that of the initial brittle material particles, and the initial crystal structure could not be maintained.

(실시예 2)(Example 2)

원료 입자로는 이트리아 안정화 지르코니아 입자(제일희원소화학공업제 8 중량 백분율, 평균 입경 3㎛)을 이용하고, 기재로는 스테인리스강 기재를 사용하였다. 플라즈마는 아르곤 가스 10SLM을 유동시켜, 전력 6kW로 생성시켰다. 이때 성막 챔버 내의 압력은 400Pa 정도였다. 노즐과 기판 사이의 거리는 200mm이며 노즐 내경은 27mm였다. 도 8은 이때 얻어진 구조체 단면의 주사투과전자현미경 이미지이다. 실시예 1과 동일한 구조를 하고 있음을 알 수 있다. 분말이 단순히 압축된 압분체가 아니고, 입자 사이가 3차원 네트워크 구조로 동일하게 결합되어 있기 때문에, 실시예 2 구조체의 비커스경도는 620Hv였다. 이 값은 취성 재료 입자의 비커스경도에 대해 0.5 정도의 상대 경도에 해당한다.Yttria-stabilized zirconia particles (made by Jeil Rare Element Chemicals, 8 weight percent, average particle diameter: 3 μm) were used as the raw material particles, and a stainless steel substrate was used as the substrate. Plasma was generated with a power of 6 kW by flowing 10 SLM of argon gas. At this time, the pressure in the deposition chamber was about 400 Pa. The distance between the nozzle and the substrate was 200 mm and the inner diameter of the nozzle was 27 mm. 8 is a scanning transmission electron microscope image of a cross-section of the structure obtained at this time. It can be seen that it has the same structure as Example 1. The Vickers hardness of the structure of Example 2 was 620 Hv because the powder was not simply a compacted green compact and the particles were equally bonded in a three-dimensional network structure. This value corresponds to a relative hardness of the order of 0.5 to the Vickers hardness of brittle material particles.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

실시예 2의 조건으로, 그러나 압력은 2kPa 상태에서 구조체를 형성하였는데, 얻어진 구조체는 압분체였다.Under the conditions of Example 2, but under a pressure of 2 kPa, a structure was formed, and the obtained structure was a green compact.

(실시예 3)(Example 3)

실시예 1의 조건에서, 그러나 가스 종류를 헬륨으로 변경하여 수행하였다. 얻어진 구조체의 X선 회절 결과(도 5)로부터 α알루미나이고, 비커스경도는 1230Hv였다. 이 값은 취성 재료 입자의 비커스경도에 대해 0.7~0.8 정도의 값에 해당한다.It was carried out under the conditions of Example 1, but by changing the gas type to helium. From the results of X-ray diffraction (FIG. 5) of the obtained structure, it was α-alumina and the Vickers hardness was 1230 Hv. This value corresponds to a value of about 0.7 to 0.8 for the Vickers hardness of brittle material particles.

(실시예 4)(Example 4)

도 9는 동일한 조건에서 얻어진 구조체의 투과전자현미경 이미지를 나타낸다. 도면 하단에 기재면이 존재하며, 실시예 4의 구조체의 주 취성 재료 입자를 충돌 시 에너지를 이용한 상온 충격 고화 현상과 조합함으로써, 기본 구조체를 유지하면서도, 기재와 수직 방향으로 편평한 취성 재료 입자 형상을 형성할 수 있어, 치밀화를 도모하는 것이 가능하다.9 shows a transmission electron microscope image of the structure obtained under the same conditions. There is a substrate surface at the bottom of the drawing, and by combining the main brittle material particles of the structure of Example 4 with a room temperature impact hardening phenomenon using energy during collision, the shape of the brittle material particles flat in the direction perpendicular to the substrate while maintaining the basic structure can be obtained. It can be formed, and it is possible to achieve densification.

(실시예 5)(Example 5)

상기 제조 방법으로, 원료 입자는 α알루미나 입자(쇼와전공제 AL160-SG3)를 이용하고, 기재로는 평균 기공 직경 20㎛의 다공질 세라믹 기재를 사용했을 때의 성막 결과를 나타내었다. 플라즈마는 아르곤 가스 10SLM을 유동시켜, 전력 1kW로 생성시켰다. 도 10은 다공질 기재(1002) 상에 취성 재료 구조체(1001)를 퇴적시킨 적층체의 단면 주사전자현미경 이미지를 나타낸다. 실시예 5의 구조에 의해 다공질 기재의 봉지 구조를 제작 가능함을 알 수 있다.In the above production method, the result of film formation when α-alumina particles (AL160-SG3 manufactured by Showa Denko) was used as the raw material particle and a porous ceramic substrate having an average pore diameter of 20 μm was used as the substrate was shown. Plasma was generated with a power of 1 kW by flowing 10 SLM of argon gas. 10 shows a cross-sectional scanning electron microscope image of a laminate in which a brittle material structure 1001 is deposited on a porous substrate 1002. It can be seen that the structure of Example 5 makes it possible to manufacture the encapsulation structure of the porous substrate.

(실시예 6)(Example 6)

원료 입자는 이트리아 안정화 지르코니아 입자(제일희원소화학공업제 8 중량 백분율, 평균 입경 5㎛)를 사용하고, 기재는 스테인리스강 기재를 사용하였다. 플라즈마는 아르곤 가스 10SLM을 유동시켜, 전력 6kW로 생성시켰다. 이때 성막 챔버 내의 압력은 300Pa 정도였다. 노즐과 기판 사이의 거리는 200mm이고 노즐 내경은 27mm였다. 실시예 6의 구조체의 비커스경도는 약 940Hv 이상 1400Hv 이하였다. 이 값은 취성 재료 입자의 비커스경도에 대해 0.7 이상 1.1 이하 정도의 상대 경도에 해당한다.As raw material particles, yttria-stabilized zirconia particles (made by Jeil Rare Element Chemical Industry Co., Ltd., 8 weight percent, average particle diameter: 5 μm) were used, and a stainless steel substrate was used as the substrate. Plasma was generated with a power of 6 kW by flowing 10 SLM of argon gas. At this time, the pressure in the deposition chamber was about 300 Pa. The distance between the nozzle and the substrate was 200 mm and the inner diameter of the nozzle was 27 mm. The Vickers hardness of the structure of Example 6 was about 940 Hv or more and 1400 Hv or less. This value corresponds to a relative hardness of about 0.7 or more and 1.1 or less to the Vickers hardness of brittle material particles.

(실시예 7)(Example 7)

원료 입자로 α알루미나 입자(쇼와전공제 AL160-SG)를 사용했을 때의 성막 결과를 나타낸다. 노즐과 기재 사이의 거리는 20mm이고, 노즐 내경은 10mm이며, 플라즈마 가스는 아르곤을 사용하였다. 구조체의 절연 특성을 동양테크니카사에서 제조한 장치(Model 6252 Rev. C)를 이용하여 스퍼터링법으로 금 전극(1mm2)을 구조체에 퇴적시키고, 2단자법에 의해 측정하였다. 체적 저항률은 1012Ω·cm 이상 1015Ω·cm 이하, 절연내압은 50kV/mm 이상 200kV/mm 이하이며, 전기적으로 높은 봉지 특성을 나타내었다.Film formation results when α-alumina particles (AL160-SG manufactured by Showa Denko) were used as raw material particles are shown. The distance between the nozzle and the substrate was 20 mm, the inner diameter of the nozzle was 10 mm, and argon was used as the plasma gas. The insulation properties of the structure were measured by depositing a gold electrode (1 mm 2 ) on the structure by a sputtering method using a device (Model 6252 Rev. C) manufactured by Dongyang Technica, and measured by a two-terminal method. The volume resistivity was 10 12 Ω·cm or more and 10 15 Ω·cm or less, and the dielectric strength was 50 kV/mm or more and 200 kV/mm or less, and exhibited high electrical sealing characteristics.

(실시예 8)(Example 8)

실시예 7과 동일한 조건이고, 플라즈마 가스는 헬륨을 사용하였다. 구조체의 절연 특성을 동양테크니카사제 장치(Model 6252 Rev. C)을 이용하여 스퍼터링법으로 금 전극(1mm2)을 구조체에 퇴적시키고, 2단자법에 의해 측정했다. 체적 저항률은 1012Ω·cm 이상 1015Ω·cm 이하, 절연내압은 100kV/mm 이상 300kV/mm 이하이며, 전기적으로 특히 높은 봉지 특성을 나타내었다.The conditions were the same as in Example 7, and helium was used as the plasma gas. The insulating properties of the structure were measured by a two-terminal method after depositing a gold electrode (1 mm 2 ) on the structure by a sputtering method using a device manufactured by Dongyang Technica (Model 6252 Rev. C). The volume resistivity was 10 12 Ω·cm or more and 10 15 Ω·cm or less, and the dielectric strength was 100 kV/mm or more and 300 kV/mm or less, and exhibited particularly high electrical sealing characteristics.

또한 절연내압 시험은 직류 또는 교류로 할 수 있으며, 본 실시예에서는, 아르곤 가스를 이용한 경우에도, 피복층을 적층한 구조체는 직류, 교류 양 측정에서도 20kV/mm 이상의 절연내압을 실현하는 것이 가능하다. 예를 들어 아르곤 가스를 이용하고, 가스 유량을 20L/min, 플라즈마 전력을 0.5kW~2kW로 한 경우는, 20㎛ 정도의 두께에서도, 2kV 이상의 내전압을 나타내었다(도 36). 미립자의 충돌 파쇄(결정 미세화)에 따라, 높은 압축 잔류 응력을 갖춘 구조체가 형성된다. 결과적으로 일반적으로 12~15kV/mm의 전계 강도를 나타내는 벌크 알루미나 소결체보다 높은 절연 특성을 가진 구조체가 형성된다.In addition, the dielectric strength test can be performed with direct current or alternating current, and in this embodiment, even when argon gas is used, the laminated structure can achieve an dielectric strength of 20 kV/mm or more even when measuring both direct current and alternating current. For example, when argon gas was used, the gas flow rate was 20 L/min, and the plasma power was 0.5 kW to 2 kW, a withstand voltage of 2 kV or more was exhibited even with a thickness of about 20 μm ( FIG. 36 ). With the impact fracture of the fine particles (crystal refinement), a structure with a high compressive residual stress is formed. As a result, a structure having insulating properties higher than that of the bulk alumina sintered body, which generally exhibits an electric field strength of 12 to 15 kV/mm, is formed.

본 발명의 일 실시예에 따른 구조체는, 두께가 50㎛ 이하인 얇은 피복층으로 절연층을 구성해도, 1kV 이상, 바람직하게는 2kV 이상의 높은 내전압을 확보할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체를 이용하면, 벌크재나 용사 피막보다, 열저항이 낮은(방열성이 우수한) 고내압의 회로 기판을 형성할 수 있어, 자동차 파워 모듈이나 고출력 LED용 방열 기판으로서 바람직하다.In the structure according to one embodiment of the present invention, a high withstand voltage of 1 kV or more, preferably 2 kV or more, can be secured even when the insulating layer is composed of a thin coating layer having a thickness of 50 μm or less. Therefore, if the structure according to one embodiment of the present invention is used, it is possible to form a high-voltage circuit board having lower thermal resistance (excellent heat dissipation) than bulk materials or thermal sprayed coatings, and as a heat dissipation substrate for automotive power modules or high-power LEDs. desirable.

도 21은 원료 미립자로 α-Al2O3를 이용한 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체의 특징을 나타내는 구조체 중 미립자의 주사투과전자현미경 이미지 및 전자에너지손실분광법 맵핑 도면이다. 도 21(a)는 미립자의 주사투과전자현미경 이미지를 나타내며, 도 21(b)는 전자에너지손실분광법의 맵핑 도면을 나타낸다. 또한 구조체 중의 미립자와 비교하기 위해, 전술한 원료 미립자를 이용한 표면 관찰 이미지를 도 22로 나타내었다. 원료 미립자인 Al2O3는 일반적으로 2000℃ 이상의 높은 융점을 가진 취성 재료이며, α상이 가장 안정되어 있다. 또한 종래 용사법 등에 의해 용융된 Al2O3를 급냉 응고하면 γ상을 가지는 Al2O3가 구조체에 포함된다. 도 21에 나타난 구조체 중의 미립자(1021a) 및 미립자(1021b)는 도 22에 나타난 출발 원료로 한 α-Al2O3와 마찬가지로 α상을 주상으로 하며, 미립자의 극표층 전체에는 30nm 정도의 비정질상으로서 관찰되는 활성 영역(1023)이 생성되어 있다. 도 21(a)와 도 21(b)의 미립자(1021a)에서는, 미립자 표층에 비정질상을 가지고 있기 때문에, 다른 미립자와 결합되어 있지 않은 미립자 표층의 접합에 기여하지 않는 비정질상을 포함하는 활성 영역(1023)이 관찰된다. 도 21(b)에서 검은색 실선으로 표시된 부분의 공간 등과 같이, 예를 들어 구조체 중에 존재하는 공간은, 미립자 표층에 형성되는 비정질상을 포함하는 활성 영역(1023)에 의해, 공간의 주위가 둘러싸여 있다. 또한 도 21(b)에서 점선으로 표시된 부분과 같이, 예를 들어 치밀한 구조체는, 미립자끼리 서로 조밀하게 인접하며, 그 주위 전체를 미립자의 비정질상을 포함하는 활성 영역(1023)에 의해 둘러싸여 있다. 도 21(a)와 도 21(b)의 미립자(1021b)에서는, 미립자 표층에 비정질상을 포함하는 활성 영역(1023)을 가지기 때문에, 미립자의 주위를 둘러싸는 비정질상이 관찰된다. 그러나 본 실시예에서는, 미립자 내부에 γ상을 포함하지 않고 α상만을 관찰하였기 때문에, 미립자는 열의 영향을 받지 않는다. 도 21과 도 22를 비교하면, 미립자(1021)는 구조체를 형성하는 과정 중에 활성 영역(1023)을 생성하고, 그 활성 영역을 통해 미립자끼리가 접합하고 있는 것이 도 17의 미립자끼리의 접합 영역 등으로부터라 할 수 있다. 플라즈마 등에 의해 미립자(1021)의 표층에 활성 영역(1023)을 생성하고, 그 활성 영역(1023)을 통해 미립자끼리 등을 접합하는 경우, 예를 들면 Al2O3 표면에는 3개의 흡착수(물리 흡착수, 화학 흡착수, 표면 수산기)의 형태가 있고, 1000℃ 이상에서 이탈하는 표면 수산기를 제거함으로써, 도 21에서 관찰되는 비정질상을 포함하는 전자적으로 여기된 활성 영역(1023)이 얻어진다. 또한 Al2O3의 융점 온도 이하인 2000℃ 이하 또는 알루미나를 용융하지 않는 접촉 시간의 범위에서 플라즈마 등의 열원에 의해 미립자를 활성화함으로써, 본 실시예의 구조체가 얻어진다.FIG. 21 is a scanning transmission electron microscope image and electron energy loss spectroscopy mapping diagram of a particle in a structure showing characteristics of a structure according to an embodiment of the present invention when α-Al 2 O 3 is used as a raw material particle. FIG. 21(a) shows a scanning transmission electron microscope image of particulates, and FIG. 21(b) shows a mapping diagram of electron energy loss spectroscopy. In addition, for comparison with the particles in the structure, a surface observation image using the above-described raw material particles is shown in FIG. 22 . Raw material fine particles, Al 2 O 3 , are generally brittle materials with a high melting point of 2000° C. or higher, and the α phase is the most stable. In addition, when Al 2 O 3 melted by a conventional thermal spraying method is quenched and solidified, Al 2 O 3 having a γ phase is included in the structure. The fine particles 1021a and 1021b in the structure shown in FIG. 21 have the α phase as the main phase similar to the starting material α-Al 2 O 3 shown in FIG. An active region 1023 to be observed has been created. In the microparticle 1021a of FIGS. 21(a) and 21(b), since the microparticle surface layer has an amorphous phase, the active region 1023 containing the amorphous phase that is not bonded to other microparticles and does not contribute to bonding of the microparticle surface layer ) is observed. The periphery of the space existing in the structure, such as the space indicated by the solid black line in FIG. 21(b), is surrounded by the active region 1023 including the amorphous phase formed on the surface layer of the microparticles. . As shown in the dotted line in FIG. 21(b), for example, in a dense structure, fine particles are densely adjacent to each other, and the entire circumference thereof is surrounded by an active region 1023 containing an amorphous phase of the fine particles. In the microparticles 1021b of FIGS. 21(a) and 21(b), since the microparticle surface layer has an active region 1023 containing an amorphous phase, an amorphous phase surrounding the microparticles is observed. However, in the present embodiment, since only the α phase was observed without including the γ phase inside the microparticles, the microparticles were not affected by heat. Comparing FIG. 21 and FIG. 22, the fine particles 1021 create an active region 1023 during the process of forming a structure, and the fine particles are bonded together through the active region, such as the bonding region between the fine particles in FIG. can be said to be from When the active region 1023 is created on the surface layer of the fine particles 1021 by plasma or the like and the fine particles are bonded together through the active region 1023, for example, three adsorbed water (physical adsorbed water) is formed on the Al 2 O 3 surface. , chemically adsorbed water, surface hydroxyl groups), and by removing surface hydroxyl groups that escape at 1000° C. or higher, an electronically excited active region 1023 including an amorphous phase observed in FIG. 21 is obtained. Further, by activating the microparticles with a heat source such as plasma at 2000° C. or less, which is equal to or lower than the melting point of Al 2 O 3 , or within a range of contact time that does not melt alumina, the structure of this embodiment is obtained.

도 23에 출발 원료로 이용한 α-Al2O3(도 23(a)), 미립자를 이용하여 형성한 본 발명에 따른 구조체의 단면 투과전자현미경 이미지(도 23(b)) 및 비교로서 출발 원료를 이용하여 에어로졸 증착방법에 의해 형성한 구조체의 단면 투과전자현미경 이미지(도 23(c))을 나타내었다. 본 실시예에서는, 미립자는 전술한 바와 같은 비정질상을 포함하는 활성 영역을 가지며, 출발 원료의 결정자 직경을 유지하는 경우와, 전술한 경우 이외에 에어로졸 증착 방법과 같은 미립자의 미세화도 일어나는 경우가 있다. 본 실시예의 구조체를 형성할 때, 미립자의 표면 활성화 에너지와 미립자의 운동 에너지의 비율에서, 운동 에너지를 많이 이용한 경우, 미립자의 충돌 파쇄(결정 미세화)에 의해 결정립 내부에 전위가 도입되어, 미립자 사이의 접합에 대해 높은 압축 잔류 응력을 부여하여, 미립자 사이의 접합이 강화된, 고밀도 구조체가 얻어진다. 도 23(b)에서 파선으로 둘러싸인 부분에서는, 입자의 충돌 파쇄(결정 미세화)에 의해 결정립 내부에 전위가 도입되어, 입자 사이의 접합에 대해 높은 압축 잔류 응력이 부여되어, 미립자 사이의 접합이 강화된 것을 나타내는 미립자 내부의 왜곡이 관찰된다. 도 23(b)에 나타난 구조체에 포함된 미립자의 결정자 직경(예를 들어 파선으로 둘러싸인 도 23(b)의 부분)은, 미립자에 대해 충돌 압력에 의한 결정자 직경의 미세화가 발생되어도, 열에 의한 결정자 직경의 조대화는 일어날 수 없다. 또한 충돌 압력에 의한 미립자의 충돌 파쇄(결정 미세화)는 미립자 극표층에 부여되는 비정질상을 포함하는 활성 영역에 의해 완화되기 때문에, 비교 참조하는 충돌 압력만을 이용하는 에어로졸 증착법처럼 미립자의 충돌 파쇄(결정 미세화)는 진행되지 않는다고 할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 구조체 중의 미립자가 가지는 결정자 직경은, 출발 원료인 미립자에 비해 조대화되지 않고, 1nm에서 300nm의 결정자 직경을 가지고 있다.α-Al 2 O 3 (FIG. 23(a)) used as a starting material in FIG. 23, a cross-sectional transmission electron microscope image of a structure according to the present invention formed using fine particles (FIG. 23(b)) and a starting material as a comparison A cross-sectional transmission electron microscope image (FIG. 23(c)) of the structure formed by the aerosol deposition method using was shown. In this embodiment, the microparticles have an active region containing an amorphous phase as described above, and there are cases in which the crystallite size of the starting material is maintained, and micronization of the microparticles as in the aerosol deposition method other than the above case also occurs. When forming the structure of the present embodiment, when a large amount of kinetic energy is used in the ratio of the surface activation energy of the fine particles to the kinetic energy of the fine particles, dislocations are introduced into the crystal grains by collision fracture (crystal refinement) of the fine particles, and between the fine particles A high-density structure is obtained in which the bonding between the microparticles is strengthened by applying a high compressive residual stress to the bonding. In the portion enclosed by the broken line in FIG. 23(b), dislocations are introduced into the crystal grains by collision fracture (crystal refinement) of the particles, high compressive residual stress is applied to the bonding between the particles, and the bonding between the microparticles is strengthened. Distortion inside the microparticles is observed indicating that The crystallite diameter of the microparticles included in the structure shown in FIG. 23(b) (for example, the portion of FIG. 23(b) surrounded by a broken line), even if the crystallite diameter is refined due to collision pressure on the microparticles, the crystallite size due to heat Coarseness of the diameter cannot occur. In addition, since impact crushing (crystal refinement) of fine particles by impact pressure is mitigated by the active region containing an amorphous phase applied to the polar surface layer of the microparticles, impact crushing (crystal refinement) of fine particles like an aerosol deposition method using only impact pressure for comparison can be said not to proceed. Therefore, the crystallite size of the microparticles in the structure according to this embodiment is not coarsened compared to that of the starting material microparticles, and has a crystallite size of 1 nm to 300 nm.

(실시예 9)(Example 9)

본 발명에 따른 구조체를 형성하기 위해, 미립자로 α-Al2O3를 사용하고, 기재로 SUS304를 사용하여 감압 환경에서 구조체를 형성한 실시예에 대해 설명한다. 미립자를 에어로졸화하여 공급 반송하고, 또한 용융점 이하의 온도에서 미립자의 표층을 활성화시키는 비평형 플라즈마를 생성하며, 또한 기재에의 충격력이 되는 미립자를 가속·분출하는 가스 종류로서 헬륨 가스를 사용하였다. 비평형 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 투입 전력은 0.5로부터 2kW의 영역을 사용하였다. 구조체의 경도는 동적 경도계에 비커스 압자를 장착한 경도계(SHIMADZU DUH-211)를 이용하여 측정하였다.In order to form a structure according to the present invention, an embodiment in which a structure is formed in a reduced pressure environment using α-Al 2 O 3 as fine particles and SUS304 as a substrate will be described. Helium gas was used as a type of gas that aerosolizes and supplies and transports fine particles, generates non-equilibrium plasma that activates the surface layer of fine particles at a temperature below the melting point, and accelerates and ejects fine particles that act as an impact force to the substrate. A range of 0.5 to 2 kW of high-frequency input power for generating non-equilibrium plasma was used. The hardness of the structure was measured using a dynamic hardness tester equipped with a Vickers indenter (SHIMADZU DUH-211).

도 24(a)에 얻어진 구조체(1600)의 단면 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내었다. 구조체(1600)에서, 기재(1604) 상에 피복층(1605)이 형성되어 있는 것이 관찰되었다. 도 25에 얻어진 구조체의 X선 회절 패턴을 나타내었다. 구조체(1600)의 X선 회절 패턴에서 γ상에 의한 피크는 관찰되지 않았다. 원료 미립자(α-Al2O3)는 입자의 융점인 약 2000℃의 온도 이상으로 가열되지 않았기 때문에 용융되지 않았으며, 얻어진 구조체(1600) 중의 미립자는 γ상으로 결정 상변태를 일으키지 않았다. 즉 원료 미립자의 α상 결정 구조를 유지한 구조체가 형성되어, 기재(1604)인 SUS304 상에 약 50㎛ 두께의 α-Al2O3로 이루어진 치밀한 피복층(1605)을 형성하였다. 얻어진 구조체(1600) 중의 결정자 직경은, X선 회절 패턴의 피크 폭을 이용하여 결정자 직경을 산출하는 쉐러 방정식을 이용하여 추정하면 약 30nm였다. 얻어진 구조체의 비커스경도는 Hv700에서 Hv1300였다.24(a) shows a cross-sectional scanning electron microscope (SEM) image of the structure 1600 obtained. In the structure 1600, it was observed that an overlayer 1605 was formed on the substrate 1604. 25 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained structure. In the X-ray diffraction pattern of the structure 1600, no peak due to the γ phase was observed. The raw material fine particles (α-Al 2 O 3 ) did not melt because they were not heated above a temperature of about 2000° C., which is the melting point of the particles, and the fine particles in the obtained structure 1600 did not undergo crystal phase transformation to the γ phase. That is, a structure maintaining the α-phase crystal structure of the raw material fine particles was formed, and a dense coating layer 1605 made of α-Al 2 O 3 with a thickness of about 50 μm was formed on SUS304 as the substrate 1604. The crystallite diameter in the obtained structure 1600 was about 30 nm when estimated using the Scherer equation for calculating the crystallite diameter using the peak width of the X-ray diffraction pattern. The Vickers hardness of the structure obtained was Hv700 to Hv1300.

도 28에, 실시예 9의 원료 미립자의 이용 효율비를 나타내었다. 원료 미립자의 이용 효율은, 이용한 원료 미립자의 중량을 분모, 기재의 구조체를 형성함으로써 증가된 중량을 분자로 하여 계산되었다. 도 28에 나타난 바와 같이 비열평형 플라즈마를 이용하여 용융점 이하의 온도에서 미립자의 표층을 활성화시킴으로써, 구조체(1600)를 형성하는 미립자의 이용 효율은 10배로 증가하였다.28 shows the utilization efficiency ratio of the raw material fine particles of Example 9. The utilization efficiency of the raw material fine particles was calculated with the weight of the used raw material fine particles as the denominator and the weight increased by forming the structure of the substrate as the numerator. As shown in FIG. 28 , the use efficiency of the particles forming the structure 1600 increased tenfold by activating the surface layer of the particles at a temperature below the melting point using nonthermal equilibrium plasma.

(실시예 10)(Example 10)

본 발명에 따른 구조체를 형성하기 위해, 미립자에 α-Al2O3를 사용하고, 기재에 SUS304를 사용하여 감압 환경에서 구조체를 형성한 실시예에 대해 설명한다. 미립자를 에어로졸화하여 공급 반송하고, 또한 용융점 이하의 온도에서 미립자의 표층을 활성화시키는 비평형 플라즈마를 생성하고, 또한 기재에의 충격력이 되는 미립자를 가속·분출하는 가스 종류로서 아르곤 가스를 사용하였다. 비평형 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 투입 전력은 0.5로부터 2kW의 영역을 사용하였다. 구조체의 경도는 동적 경도계에 비커스 압자를 장착한 경도계(SHIMADZU DUH-211)를 이용하여 측정하였다.In order to form the structure according to the present invention, an example in which α-Al 2 O 3 is used for the fine particles and SUS304 is used for the substrate to form the structure in a reduced pressure environment will be described. Argon gas was used as a type of gas that aerosolizes and supplies and conveys the fine particles, generates non-equilibrium plasma that activates the surface layer of the fine particles at a temperature below the melting point, and accelerates and ejects the fine particles that act as an impact force to the substrate. A range of 0.5 to 2 kW of high-frequency input power for generating non-equilibrium plasma was used. The hardness of the structure was measured using a dynamic hardness tester equipped with a Vickers indenter (SHIMADZU DUH-211).

도 24(b)에 얻어진 구조체(1700)의 단면 SEM 이미지를 나타내었다. 구조체(1700)에서, 기재(1704) 상에 피복층(1705)이 형성되어 있는 것이 관찰되었다. 도 26에 얻어진 구조체의 X선 회절 패턴을 나타내었다. 구조체(1700)의 X선 회절 패턴에서 γ상에 의한 피크는 관찰되지 않았다. 원료 미립자(α-Al2O3)는 미립자의 융점인 약 2000℃의 온도 이상으로 가열되지 않았기 때문에 용융되지 않으며, 또한 급냉되지 않았기 때문에, 얻어진 구조체(1700) 중의 미립자는 γ상으로의 결정 상변태를 일으키지 않았다. 즉 원료 미립자의 α상 결정 구조를 유지한 구조체가 형성되어, 기재(1704)인 SUS304에 약 150㎛ 두께의 α-Al2O3로 이루어진 피복층(1705)을 형성하였다. 얻어진 구조체(1700) 중의 결정자 직경은 X선 회절 패턴의 피크 폭을 이용하여 결정자 직경을 산출하는 쉐러 방정식을 이용하여 추정한 약 70nm였다. 얻어진 구조체의 비커스경도는 Hv300에서 Hv900였다. 도 29에 실시예 10의 원료 미립자의 이용 효율비를 나타내었다. 원료 미립자의 이용 효율은, 이용한 원료 미립자의 중량을 분모, 기재 구조체를 형성함으로써 증가된 중량을 분자로 하여 계산되었다. 도 29과 나타난 바와 같이 비열형 플라즈마를 이용하여 용융점 이하의 온도에서 미립자의 표층을 활성화시킴으로써 구조체(1700)를 형성하는 미립자의 이용 효율은 50배로 향상된다.24(b) shows a cross-sectional SEM image of the structure 1700 obtained. In the structure 1700, it was observed that an overlayer 1705 was formed on the substrate 1704. 26 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained structure. In the X-ray diffraction pattern of the structure 1700, no γ-phase peak was observed. Since the raw material fine particles (α-Al 2 O 3 ) were not heated to a temperature higher than about 2000° C., which is the melting point of the fine particles, they did not melt and were not quenched. Therefore, the fine particles in the obtained structure 1700 undergo crystalline phase transformation to the γ phase. did not cause That is, a structure maintaining the α-phase crystal structure of the raw material fine particles was formed, and a coating layer 1705 made of α-Al 2 O 3 with a thickness of about 150 μm was formed on SUS304 as the substrate 1704. The crystallite diameter in the obtained structure 1700 was about 70 nm estimated using the Scherrer equation for calculating the crystallite diameter using the peak width of the X-ray diffraction pattern. Vickers hardness of the structure obtained was Hv300 to Hv900. 29 shows the utilization efficiency ratio of the raw material fine particles of Example 10. The utilization efficiency of the raw material fine particles was calculated with the weight of the raw material fine particles used as the denominator and the weight increased by forming the substrate structure as the numerator. As shown in FIG. 29 , the use efficiency of the particles forming the structure 1700 is increased 50 times by activating the surface layer of the particles at a temperature below the melting point using non-thermal plasma.

도 27에 실시예 9 및 실시예 10에서 얻은 구조체의 X선 회절 패턴을 나타내었다. 실시예 9의 구조체(1600)의 X선 회절 패턴 중의 α-Al2O3 피크는 모두 광각측으로 쉬프트되어 있다. 한편 실시예 10에서는 전술한 α-Al2O3 피크의 변화는 관찰되지 않았다. 전술한 X선 회절 패턴은, 실시예 9에서는, 구조체 내부에 압축 응력이 도입되어 미립자 중의 결정 격자 간격이 좁아지기 때문에 광각으로 α-Al2O3 피크가 시프트한 것으로 생각되어, 구조체 중 압축 응력 의 증가를 확인했다. 한편 실시예 10에서는 실시예 9 정도의 광각으로의 α-Al2O3 피크의 큰 변화는 보이지 않아, 실시예 9보다 내부 응력이 작은 것을 확인했다.27 shows X-ray diffraction patterns of the structures obtained in Examples 9 and 10. All of the α-Al 2 O 3 peaks in the X-ray diffraction pattern of the structure 1600 of Example 9 are shifted to the wide-angle side. Meanwhile, in Example 10, the aforementioned α-Al 2 O 3 peak change was not observed. In the above-mentioned X-ray diffraction pattern, in Example 9, it is considered that the α-Al 2 O 3 peak shifted to a wide angle because compressive stress was introduced into the structure and the crystal lattice spacing in the microparticles narrowed, and the compressive stress in the structure confirmed an increase in On the other hand, in Example 10, a large change in the α-Al 2 O 3 peak at a wide angle as in Example 9 was not observed, and it was confirmed that the internal stress was smaller than in Example 9.

(실시예 11)(Example 11)

본 발명에 따른, 미립자 표면이나 기재 표면에 부여한 비정질상을 포함하는 활성 영역을 통해 접합 영역에 의한 미립자 사이의 접합과, 미립자의 충돌 파쇄(결정 미세화)에 의해 결정립 내부에 전위를 도입하여, 미립자 사이의 접합에 대해 높은 압축 잔류 응력을 부여하여 미립자 사이 접합의 강화를 도모한 경우에 얻어지는 구조체 및 그 구조체의 비커스경도 및 전기 물성을 측정한 실시예에 대해 설명한다. 일반적으로 밀도가 높은 구조체일수록 비커스경도 및 전기 물성이 높아지기 때문에, 밀도의 조밀을 나타내는 지표로서도 실시예에 사용하였다. 미립자에 α-Al2O3를 사용하고, 기재에 SUS304를 사용하여 감압 환경에서 형성한 구조체의 비커스경도에 대해 설명한다. 구조체의 경도는 동적 경도계에 비커스 압자를 장착한 경도계(SHIMADZU DUH-211)를 이용하여 측정하였다. 구조체의 전기 물성은 동양테크니카사의 장치(Model 6252 Rev. C)을 이용하여 스퍼터링법으로 금 전극(1mm2)을 구조체에 퇴적시켜, 2단자법에 의해 측정하였다. 미립자를 에어로졸화하여 공급 반송하고, 또한 용융점 이하의 온도에서 미립자 표층을 활성화시키는 비평형 플라즈마를 생성하고, 또한 기재에의 충격력으로 되는 미립자를 가속·분출하는 가스 종류로서 헬륨 가스 및 아르곤 가스를 사용하였다. 얻어진 구조체의 비커스경도 및 그 구조체를 획득한 때의 가스 유량, 플라즈마 전력, 열전대를 사용하여 측정한 미립자 구조체 제조부(2107) 내의 온도를 표 1에 정리하였다. 얻어진 구조체의 전기 물성으로서, 체적 저항 및 절연내압을 표 2에 정리하였다.According to the present invention, dislocations are introduced into the inside of the crystal grains by bonding between the fine particles by the bonding region through an active region including an amorphous phase applied to the surface of the fine particles or the surface of the substrate, and impact crushing of the fine particles (crystal refinement), thereby introducing dislocations between the fine particles. A structure obtained when a high compressive residual stress is applied to the bonding to enhance bonding between fine particles and an example in which the Vickers hardness and electrical properties of the structure are measured will be described. In general, since the higher the density of the structure, the higher the Vickers hardness and the higher the electrical properties, so it was also used in the Examples as an index indicating the compactness of the density. The Vickers hardness of a structure formed in a reduced pressure environment using α-Al 2 O 3 for fine particles and SUS304 for a base material will be described. The hardness of the structure was measured using a dynamic hardness tester equipped with a Vickers indenter (SHIMADZU DUH-211). The electrical properties of the structure were measured by the two-terminal method by depositing gold electrodes (1 mm 2 ) on the structure by sputtering using a device (Model 6252 Rev. C) from Dongyang Technica. Helium gas and argon gas are used as gases for aerosolizing and supplying and transporting fine particles, generating non-equilibrium plasma that activates the surface layer of fine particles at a temperature below the melting point, and accelerating and ejecting fine particles that act as an impact force on the substrate. did Table 1 summarizes the Vickers hardness of the obtained structure and the gas flow rate, plasma power, and temperature in the particulate structure manufacturing section 2107 measured using a thermocouple when the structure was obtained. As the electrical properties of the obtained structure, the volume resistance and dielectric strength are summarized in Table 2.

가스종류gas type 투입전력[kW]input power [kW] 가스유량[L/min]Gas flow [L/min] 온도[℃]Temperature [℃] 비커스경도Vickers hardness HeHe 22 1010 300300 700700 1.51.5 1010 200200 900900 1One 1010 150150 11001100 55 125125 800800 0.50.5 1010 125125 13001300 55 100100 700700 ArAr 22 1010 13001300 200200 1.51.5 1010 10001000 250250 1One 2020 300300 900900 1515 500500 700700 1010 700700 500500 55 500500 300300 0.50.5 1010 300300 750750

종류type 체적저항값 Ω·cmVolume resistance value Ω cm 절연내압 kV/mmDielectric strength kV/mm HeHe 1012~1015 10 12 ~10 15 100~300100 to 300 ArAr 1012~1015 10 12 ~10 15 50~20050 to 200

헬륨 가스 및 아르곤 가스는 표 1에 기술한 바와 같이, 헬륨 가스가 아르곤 가스보다 온도가 낮다. 또한 헬륨 가스가 아르곤 가스를 사용하는 것보다 전술한 입자가 가속·분사되었을 때의 비행 속도가 빠르다. 여기서, 온도가 높을수록 미립자의 극표층에 부여된 활성 영역이 가지는 표면 활성화 에너지는 높아져, 미립자 사이나 미립자와 기재의 접합이 촉진된다. 또한 미립자의 비행 속도가 빨라질수록 전술한 미립자의 운동 에너지는 높아지고, 입자의 미세화나 접합 영역에 부여되는 압축 응력은 높아진다. 표 1에 기재된 바와 같이 표면 활성화 에너지와 운동 에너지의 총합에 의해 치밀한 구조체를 형성하였다. 예를 들어, 표 1에서 가스 종류를 헬륨 가스로 하고, 가스 유량을 10L/min, 플라즈마 전력을 0.5kW로 한 경우, 미립자의 충돌 파쇄(결정 미세화)에 따라, 높은 압축 잔류 응력을 갖춘 구조체가 형성된다. 결과적으로 높은 비커스경도를 가진 구조가 형성된다. 예를 들어 표 1에서 가스 종류를 아르곤 가스로 하고, 가스 유량을 10L/min, 플라즈마 전력을 2kW로 한 경우는, 미립자의 표면 활성화 에너지에 의해 미립자 사이의 접합이 강화되어, 압축 잔류 응력을 갖춘 구조체가 형성된다. 결과적으로 낮은 비커스경도를 가진 구조체가 형성되었다. 또한 헬륨 가스를 이용한 경우 구조체는 절연내압이 100kV/mm 이상 300kV/mm 이하였다. 아르곤 가스를 이용한 경우 구조체는 절연내압이 50kV/mm 이상 200kV/mm 이하였다. 일 실시예로서 피복층을 적층한 구조를 형성하여도 좋다. 절연내압 시험은 직류 또는 교류로 할 수 있으며, 본 실시예에서는, 아르곤 가스를 이용한 경우에도, 피복층을 적층한 구조체는, 직류, 교류 두 측정에서도 20kV/mm 이상의 절연내압을 실현할 수 있다. 예를 들어, 아르곤 가스를 이용하여 가스 유량을 20L/min, 플라즈마 전력을 0.5kW~2kW로 한 경우는, 20㎛ 정도의 두께에서도 2kV 이상의 내전압을 나타내었다(도 36). 미립자의 충돌 파쇄(결정 미세화)에 따라, 높은 압축 잔류 응력을 갖춘 구조체가 형성된다. 결과적으로 일반적으로 12~15kV/mm의 전계 강도를 나타내는 벌크 알루미나 소결체보다 높은 절연 특성을 가진 구조체가 형성된다.As shown in Table 1, the temperature of the helium gas and the argon gas is lower than that of the argon gas. In addition, the flight speed when the above-mentioned particles are accelerated and ejected is faster than the helium gas using the argon gas. Here, the higher the temperature, the higher the surface activation energy of the active region imparted to the extreme surface layer of the fine particles, and the bonding between the fine particles or between the fine particles and the substrate is promoted. In addition, as the flight speed of the fine particles increases, the kinetic energy of the above-described fine particles increases, and the compressive stress applied to the miniaturization or bonding area of the particles increases. As shown in Table 1, a dense structure was formed by the sum of surface activation energy and kinetic energy. For example, in Table 1, when the gas type is helium gas, the gas flow rate is 10 L/min, and the plasma power is 0.5 kW, a structure with high compressive residual stress is formed due to collision fracture (crystal refinement) of fine particles. is formed As a result, a structure with a high Vickers hardness is formed. For example, in Table 1, when the gas type is argon gas, the gas flow rate is 10 L/min, and the plasma power is 2 kW, the bonding between the particles is strengthened by the surface activation energy of the particles, resulting in a compressive residual stress. structure is formed. As a result, a structure having a low Vickers hardness was formed. In addition, when helium gas was used, the dielectric strength of the structure was 100 kV/mm or more and 300 kV/mm or less. In the case of using argon gas, the dielectric strength of the structure was 50 kV/mm or more and 200 kV/mm or less. As an example, a structure in which coating layers are stacked may be formed. The dielectric withstand voltage test can be performed with either direct current or alternating current. In this embodiment, even when argon gas is used, the laminated structure can achieve an dielectric strength of 20 kV/mm or more in both direct current and alternating measurements. For example, when argon gas was used, the gas flow rate was 20 L/min, and the plasma power was 0.5 kW to 2 kW, a withstand voltage of 2 kV or more was exhibited even with a thickness of about 20 μm ( FIG. 36 ). With the impact fracture of the fine particles (crystal refinement), a structure with a high compressive residual stress is formed. As a result, a structure having insulating properties higher than that of the bulk alumina sintered body, which generally exhibits an electric field strength of 12 to 15 kV/mm, is formed.

본 발명에 따른 구조체는 두께가 50㎛ 이하인 얇은 피복층인 절연층을 구성해도, 1kV 이상, 바람직하게는 2kV 이상의 높은 내전압을 확보할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 구조체를 이용하면, 벌크재나 용사 피막보다 열저항이 낮은(방열성이 좋은) 고내압 회로 기판을 형성할 수 있어, 자동차 파워 모듈이나 고출력 LED용 방열 기판으로서 바람직하다.The structure according to the present invention can secure a high withstand voltage of 1 kV or more, preferably 2 kV or more, even when the insulating layer is a thin coating layer having a thickness of 50 μm or less. Therefore, when the structure according to the present invention is used, it is possible to form a high-voltage circuit board having lower thermal resistance (good heat dissipation) than bulk materials or thermal sprayed coatings, and is suitable as a heat dissipation substrate for automobile power modules or high-power LEDs.

(실시예 12)(Example 12)

미립자로 α-Al2O3를 사용하고 기재로서 평균 기공 직경 20㎛인 세라믹 다공질 기재를 사용하여 본 발명의 구조체를 형성한 예에 대해 설명한다. 미립자를 에어로졸화하여 공급 반송하고, 또한 용융점 이하의 온도에서 미립자의 표층을 활성화시키는 비평형 플라즈마를 생성하고, 또한 기재에 충격력이 되는 입자를 가속·분출하는 가스 종류로서 아르곤 가스를 사용하였다. 비평형 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 투입 전력은 1kW로 하였다.An example in which the structure of the present invention is formed using α-Al 2 O 3 as fine particles and a ceramic porous substrate having an average pore diameter of 20 μm as a substrate will be described. Argon gas was used as a type of gas that aerosolizes and supplies and conveys fine particles, generates non-equilibrium plasma that activates the surface layer of fine particles at a temperature below the melting point, and accelerates and ejects particles that act as an impact force on the substrate. The high-frequency input power for generating non-equilibrium plasma was set to 1 kW.

도 30에 실시예 12의 다공질 세라믹을 기판(1804)으로 한 구조체(1800)의 주사투과전자현미경에 의한 단면 이미지를 나타내었다. 도 30(b)는 도 30(a)의 확대도이다. 도 30에 나타난 바와 같이 종래에는 곤란한 표면 형상을 가지는 기재 상에도, 본 발명에 따른, 미립자 표면이나 기재 계면에 부여된 비정질상을 포함하는 활성 영역을 통해 접합 영역에 의한 미립자 사이 및 미립자와 기재 사이의 접합과, 미립자의 충돌 파쇄(결정 미세화)에 의해 결정립 내부에 전위를 도입하고, 미립자 사이의 접합에 대해 높은 압축 잔류 응력을 부여하여 미립자 사이의 접합 강화를 도모함으로써, 치밀한 피복층(1805)를 갖춘 구조체(1800)를 형성하였다. 도 30(b)의 원으로 둘러싸인 부분에 나타난 바와 같이, 기재(1804) 표면에 존재하는, 기공에 대해, 출발 원료인 미립자가 기공의 외벽에 접촉하여, 미립자와 기재(1804)가 접합되고, 접촉 및 접합 부위를 기점으로 기공을 폐쇄하도록 하여 피복층(1805)을 형성하였다.30 shows a cross-sectional image of a structure 1800 using the porous ceramic of Example 12 as a substrate 1804 by means of a scanning transmission electron microscope. Fig. 30(b) is an enlarged view of Fig. 30(a). As shown in FIG. 30, even on a substrate having a conventionally difficult surface shape, according to the present invention, through an active region including an amorphous phase applied to the surface of the fine particles or the interface between the substrate and between the fine particles by the bonding region and between the fine particles and the substrate Dislocations are introduced into the crystal grains by bonding and impact fracture (crystal refinement) of the microparticles, and a high compressive residual stress is applied to the bonding between the microparticles to strengthen the bonding between the microparticles, thereby forming a dense coating layer 1805. A structure 1800 was formed. As shown in the circled portion of FIG. 30 (b), with respect to pores existing on the surface of the substrate 1804, fine particles as a starting material contact the outer walls of the pores, and the fine particles and the substrate 1804 are bonded, The coating layer 1805 was formed by closing the pores starting from the contact and junction sites.

(실시예 13)(Example 13)

미립자로 Y2O3(산화이트륨) 또는 α-Al2O3를 사용하고, 구조체를 형성하는 기재에 셀로판 테이프(스카치 테이프) 및 폴리이미드 테이프(카프톤(등록상표) 테이프)에 의해 마스킹하고, 기재와 전술한 테이프 종류를 포함하는 면에 구조체를 형성한 예에 대해 설명한다. 도 31(a)는 셀로판 테이프를 마스킹에 이용한 결과를 나타내며, 폴리이미드 테이프를 마스킹에 이용한 결과를 도 31(b)에 나타낸다. 폴리이미드 테이프의 내열성은 약 260℃, 셀로판 테이프는 약 100℃이다. 미립자를 Y2O3(산화이트륨), 기재를 슬라이드 유리로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체를 형성할 때, 헬륨 가스를 이용하여 플라즈마를 생성한 경우, 도 31(a)와 같이 기재인 슬라이드 유리 위에 피복부(1905a)를 형성하는 조건에서, 셀로판 테이프(1921a)에 열 손상은 나타나지 않았다. 또한 미립자를 α-Al2O3, 기재를 SUS304로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체를 형성할 때, 아르곤 가스를 사용하여 플라즈마를 생성한 경우, 도 31(b)에 나타난 바와 같이, 기재인 SUS304에 피복부(1905b)를 형성하는 조건에서, 폴리이미드 테이프(1921b)에 열 손상은 없다. 기재인 유리나 SUS304에서도, 부식이나 균열·파괴 등은 보이지 않는다. 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체를 형성할 때, 플라즈마에 의해 높은 에너지 영역으로 되는 에어로졸 공급로나 노즐 내부에 대해 미립자 표층의 활성 영역이 생성된다. 이때 기재에 도달하는 플라즈마 플레임의 온도는 낮기 때문에, 마스킹 테이프와 기재는 손상되지 않았다. 또한 활성 영역을 구비하는 미립자는, 플라즈마 플레임 중을 비행하여 기재에 도달하기 때문에, 생성된 활성 영역을 유지하고 구조체를 형성할 수 있다. 따라서 본 발명에서 기재에의 열 및 물리적 손상이 억제되어 있다. 또한 도 31(b)에서는 폴리이미드 테이프 상에도 피복부(1905b)가 형성되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체를 형성할 때, 열에 약한 수지 등을 기재로 할 수도 있고, 또한 전술한 기재 등에도 전처리 등이 필요 없이 직접적으로 구조체를 형성할 수 있다.Y 2 O 3 (yttrium oxide) or α-Al 2 O 3 is used as fine particles, and the substrate for forming the structure is masked with cellophane tape (Scotch tape) and polyimide tape (Kapton (registered trademark) tape), , An example in which a structure is formed on a surface including a base material and the above-described type of tape will be described. FIG. 31(a) shows the result of using cellophane tape for masking, and FIG. 31(b) shows the result of using polyimide tape for masking. The heat resistance of polyimide tape is about 260°C, and that of cellophane tape is about 100°C. When forming a structure according to an embodiment of the present invention by using Y 2 O 3 (yttrium oxide) as the fine particles and slide glass as the substrate, when plasma is generated using helium gas, as shown in FIG. 31 (a) Under the condition of forming the coating portion 1905a on the slide glass as the base material, no heat damage was observed on the cellophane tape 1921a. In addition, when forming a structure according to an embodiment of the present invention by using α-Al 2 O 3 fine particles and SUS304 as a substrate, when plasma is generated using argon gas, as shown in FIG. 31 (b) , there is no thermal damage to the polyimide tape 1921b under the condition of forming the coating portion 1905b on SUS304 as a base material. Even with glass or SUS304 as the base material, corrosion, cracks, fractures, etc. are not observed. When forming the structure according to an embodiment of the present invention, an active region of the surface layer of fine particles is created in the aerosol supply path or inside the nozzle, which becomes a high energy region by plasma. At this time, since the temperature of the plasma flame reaching the substrate is low, the masking tape and the substrate were not damaged. Further, since the fine particles having an active region fly through the plasma flame and reach the substrate, the generated active region can be maintained and a structure can be formed. Therefore, in the present invention, heat and physical damage to the substrate are suppressed. In Fig. 31(b), a coating portion 1905b is also formed on the polyimide tape. When forming the structure according to an embodiment of the present invention, a resin or the like that is weak to heat may be used as a base material, and the structure may be directly formed on the above-described base material without pretreatment or the like.

(실시예 14)(Example 14)

미립자로 α-Al2O3를 사용하고, 기재로서 정점의 각도가 30°, 60°, 90°, 120°인 SUS304 기재(3004)을 이용하여, 본 발명에 따른 구조체를 형성한 예에 대해 설명한다(도 32(a) 내지 도 32(e)). 또한 만곡 형상(곡률 반경 R=25mm)을 가진 SUS304 기재(3014)을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체를 형성한 예에 대해 설명한다(도 32(f)). 미립자를 에어로졸화하여 공급 반송하고, 또한 용융점 이하의 온도에서 미립자의 표층을 활성화시키는 비평형 플라즈마를 생성하고, 또한 기재에의 충격력이 되는 미립자를 가속·분출하는 가스 종류로서 아르곤 가스를 사용하였다. 비평형 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 투입 전력은 0.5~2kW로 하였다. 아르곤 가스의 공급량은 5L/min로부터 20L/min로 하였다.An example in which a structure according to the present invention is formed using α-Al 2 O 3 as fine particles and a SUS304 substrate 3004 having vertex angles of 30°, 60°, 90°, and 120° as the substrate This will be explained (Fig. 32(a) to Fig. 32(e)). In addition, an example in which a structure according to an embodiment of the present invention is formed using a SUS304 substrate 3014 having a curved shape (radius of curvature R = 25 mm) will be described (FIG. 32(f)). Argon gas was used as a type of gas that aerosolizes and supplies and conveys the fine particles, generates non-equilibrium plasma that activates the surface layer of the fine particles at a temperature below the melting point, and accelerates and ejects the fine particles that act as an impact force to the substrate. The high-frequency input power for generating non-equilibrium plasma was 0.5 to 2 kW. The supply amount of argon gas was set to 20 L/min from 5 L/min.

도 32(a) 내지 도 32(f)는 전술한 조건에서 형성한 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체를 나타낸다. 종래의 방법에서는 정점부(예를 들어 도 32(a)의 화살표로 표시된 부분)로부터 피복부가 박리되어 있지만, 실시예 14의 구조에서는, 단부가 되는 정점부에서도 피복부(3005) 의 박리는 없고, 기재(3004)와의 양호한 접착력을 나타내었다. 종래의 방법에서는 만곡면에 대해 불균일한 응력이 작용하는 곳으로부터 박리되어 있지만, 실시예 14의 구조에서는 피복부(3015)의 박리 없이 기재(3014)와의 양호한 접착력을 보여준다. 또한 도 32(b)는 도 32(a)의 원으로 둘러싸인 부분을 FE-SEM으로 관찰한 단면 이미지이다. 기재(3004)의 단부는 실제로는 80㎛ 정도의 평면부이지만, 피복부(3005)와 기재(3004)는 밀착성이 우수하게 접합되어, 단면 상에 두께 약 50㎛의 치밀한 피복부(3005)가 형성되어 있다.32(a) to 32(f) show a structure according to an embodiment of the present invention formed under the above conditions. In the conventional method, the coating portion is peeled off from the apex (for example, the portion indicated by the arrow in Fig. 32(a)), but in the structure of Example 14, the coating portion 3005 is not peeled off even at the apex portion serving as the end portion. , good adhesion to the substrate 3004 was exhibited. In the conventional method, it is peeled off from the place where uneven stress acts on the curved surface, but the structure of Example 14 shows good adhesion to the base material 3014 without peeling of the coating part 3015. 32(b) is a cross-sectional image of a portion surrounded by a circle in FIG. 32(a) observed with FE-SEM. The end of the substrate 3004 is actually a flat portion of about 80 μm, but the coating portion 3005 and the substrate 3004 are bonded with excellent adhesion, and a dense coating portion 3005 with a thickness of about 50 μm is formed on the cross section. is formed

(실시예 15)(Example 15)

미립자로 α-Al2O3를 사용하고, 기재로서 평균 기공 직경 20㎛인 세라믹 다공질 기재를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체를 형성한 예에 대해 설명한다. 미립자를 에어로졸화하여 공급 반송하고, 또한 용융점 이하의 온도에서 미립자의 표층을 활성화시키는 비평형 플라즈마를 생성하고, 또한 기재에의 충격력이 되는 입자를 가속·분출하는 가스 종류로서 아르곤과 헬륨 가스를 사용하였다. 비평형 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 투입 전력은 0.5로부터 2kW로 하였다. 아르곤과 헬륨 가스의 공급량은 5L/min에서 20L/min로 했다. 구조체의 경도는 동적 경도계에 비커스 압자를 장착한 경도계(SHIMADZU DUH-211)를 이용하여 측정하였다.An example in which a structure according to an embodiment of the present invention is formed using α-Al 2 O 3 as fine particles and a ceramic porous substrate having an average pore diameter of 20 μm as a substrate will be described. Argon and helium gases are used as gases for aerosolizing and supplying and transporting fine particles, generating non-equilibrium plasma that activates the surface layer of fine particles at a temperature below the melting point, and accelerating and ejecting particles that act as an impact force on the substrate. did The high-frequency input power for generating non-equilibrium plasma was set from 0.5 to 2 kW. The supply amount of argon and helium gas was set to 20 L/min from 5 L/min. The hardness of the structure was measured using a dynamic hardness tester equipped with a Vickers indenter (SHIMADZU DUH-211).

도 33은 기재 상에 형성한 구조체의 사진이다. 도 34(a)는 구조체의 파단면을 FE-SEM으로 관찰한 이미지이다. 도 34(b)는 도 34(a)의 기재 계면 근방(3114)을 확대한 관찰 이미지이고, 도 34(c)는 도 34(a)의 표층 근방(3113)을 확대한 관찰 이미지이다. 도 34(a)와 같은 경사 구조를 가지는 피복부(3105)를 구비하는 구조체(3100)를 형성하는 경우, 본 발명의 미립자의 활성화 에너지와 운동 에너지의 비를 구조체 표층 정도 운동 에너지의 비율이 높아지도록 미립자에 에너지를 부여함으로써, 구조체(3100) 중 미립자 접합 영역의 압축 응력은 표층 정도로 높아진다. 그 결과, 밀도가 낮은 기재로부터, 밀도가 높은 표층을 구비한 구조체(3100)를 형성할 수 있다. 구조체(3100) 중 미립자의 변형은 기재 계면 근방(3114)일수록 작고, 표층 근방(3113)일수록 크게 되며, 또한 구조체(3100) 중 미립자의 평균 결정 직경은 기재 계면 근방(3114)일수록 크고 표층 근방(3113)일수록 작아진다. 그 결과, 실시예 15의 구조체(3100)는 비커스경도는 기판 계면 근방에서 Hv300을 나타내며, 표층을 향해 비커스경도는 증가하여 Hv1000을 가진다.33 is a photograph of a structure formed on a substrate. 34(a) is an image of the fracture surface of the structure observed by FE-SEM. Fig. 34(b) is an enlarged observation image of the vicinity of the substrate interface 3114 in Fig. 34(a), and Fig. 34(c) is an enlarged observation image of the vicinity of the surface layer 3113 of Fig. 34(a). In the case of forming a structure 3100 having an enclosing portion 3105 having an inclined structure as shown in FIG. 34 (a), the ratio of the activation energy to the kinetic energy of the particulates of the present invention is increased as the surface layer of the structure increases. By applying energy to the fine particles, the compressive stress of the bonding region of the fine particles in the structure 3100 is increased to the level of the surface layer. As a result, the structure 3100 having a high-density surface layer can be formed from the low-density substrate. The deformation of fine particles in the structure 3100 is smaller near the substrate interface (3114) and larger near the surface layer (3113), and the average crystal diameter of the fine particles in the structure 3100 is larger near the substrate interface (3114) near the surface layer ( 3113), the smaller it is. As a result, the structure 3100 of Example 15 exhibits a Vickers hardness of Hv300 near the substrate interface, and has an Hv1000 as the Vickers hardness increases toward the surface layer.

여기서, 경사 구조체(3100)라 하면, 원료 미립자의 입자 크기 분포나 미립자 중 평균 결정자 크기 분포나, 잔류 압축 응력에 의한 미립자의 단변/장변의 비율의 분포 등을 기재(3104)로부터 피복부(3105)의 표층에 대해 가지는 구조이다. 도 35에 나타난 바와 같이, 피복부(3105)의 미립자(3121)는 결정자(3122)로 구성되며, 미립자(3121)의 표면은 비정질상을 포함하는 활성 영역(3123)을 가진다. 이때, 기재(3104) 근방 미립자(3121)의 평균 결정자 크기는 피복부(3105) 표층 근방(3113)(피복부 상층쪽) 미립자(3121)의 평균 결정자 크기보다 크다. 또한 미립자(3121)의 변형을 나타내는 단변/장변의 값은 기재 근방의 미립자(3121)보다 피복부(3105) 표층 근방(3113)의 미립자(3121) 쪽이 작다.Here, as for the gradient structure 3100, the particle size distribution of the raw material fine particles, the average crystallite size distribution among the fine particles, and the distribution of the ratio of the short side/long side of the fine particles due to residual compressive stress, etc. ) is the structure of the surface layer. As shown in FIG. 35, the particles 3121 of the enclosing portion 3105 are composed of crystallites 3122, and the surface of the particles 3121 has an active region 3123 including an amorphous phase. At this time, the average crystallite size of the fine particles 3121 near the substrate 3104 is larger than the average crystallite size of the fine particles 3121 near the surface layer 3113 (upper layer side of the coated portion) of the coating portion 3105 . Further, the value of the short side/long side representing the deformation of the particle 3121 is smaller for the particle 3121 near the surface layer 3113 of the coating portion 3105 than for the particle 3121 near the substrate.

이상의 실시예로부터 구조체의 신규성 및 진보성을 확인할 수 있다.The novelty and inventive step of the structure can be confirmed from the above examples.

본 발명의 일 실시예에 따른 취성 재료 구조체는, 반도체 제조 장치 관련 부재, 환경 정화 부재, 자동차 관련 부재, 연료 전지, 가스 터빈, 일반적인 취성 재료 코팅에 적용할 수 있다.A brittle material structure according to an embodiment of the present invention can be applied to members related to semiconductor manufacturing equipment, environmental cleaning members, members related to automobiles, fuel cells, gas turbines, and general brittle material coatings.

10: 플라즈마 원용 초미립자 구조체 형성 장치, 101: 취성 재료 가교 구조체 영역, 102: 취성 재료 입자, 103: 공극, 104: 가교 구조, 105: 취성 재료 입자, 106: 취성 재료 입자, 107: 비정질 구조를 가지는 영역인 취성 재료 가교 구조체 영역, 111: 증착 챔버, 112: 노즐, 113: 코일, 114: 진공 배관, 115: 진공 펌프, 116: 에어로졸 발생장치, 117: 반송관, 118: 압력계, 119: 기재, 120: 취성 재료 입자, 121: 표면 활성화 초미립자, 122: 취성 재료 구조체, 201: 취성 재료 입자, 202: 3:차원 네트워크, 301: 알루미나 입자, 302: 공간, 303a: 입자 최표면, 303b: 입자 최표면, 1001: 취성 재료 구조체, 1002: 기재, 1010: 단결정 미립자, 1013: 활성 영역, 1021: 미립자, 1021a: 미립자, 1021b: 미립자, 1022: 결정자, 1023: 활성 영역, 1030: 응집 분말, 1031: 원료 미립자, 1031: 다결정 미립자, 1032: 결정자, 1033: 활성 영역, 1040: 미립자, 1041: 원료 미립자, 1044: 충돌 분쇄에 의해 형성된 활성 영역, 1045: 불활성 영역, 1050: 미립자, 1053: 활성 영역, 1054: 충돌 분쇄에 의해 형성된 활성 영역, 1080: 플라즈마, 1100: 구조체, 1101: 미립자, 1101a: 미립자, 1101b: 미립자, 1102: 결정자, 1103: 활성 영역, 1104: 기재, 1200: 구조체, 1201: 미립자, 1201a: 미립자, 1201b: 미립자, 1202: 결정자, 1203: 활성 영역, 1204: 기재, 1205: 피복부, 1206: 결정자, 1211: 표층, 1212: 미립자 표층, 1300: 구조체, 1301: 미립자, 1302: 결정자, 1303: 활성 영역, 1304: 기재, 1307: 공극, 1501: 원료 미립자, 1600: 구조, 1604: 기재, 1605: 피복층, 1700: 구조, 1704: 기재, 1705: 피복층, 1800: 구조, 1804: 기재, 1805: 피복층, 1905a: 피복부, 1905b: 피복부, 1921a: 셀로판 테이프, 1921b: 폴리이미드 테이프, 2000: 구조체 제조용 장비, 2101: 플라즈마 생성 가스 봄베, 2102: 가스 수송관, 2103: 에어로졸 발생기, 2104: 에어로졸 반송관, 2105: 분쇄기, 2106: 에어로졸 반송관, 2107: 구조체 제조부, 2108: 플라즈마 발생용 전원, 2109: 플라즈마 발생장치, 2110: 노즐, 2111: 기재, 2112: 단계, 2113: 진공 펌프, 2301: 원료 미립자, 2302: 미립자, 2303: 활성 영역, 2305: 피복층, 2307: 구조체, 3004: 기재, 3005: 피복부, 3014: 기재, 3015: 피복부, 3100: 경사 구조,(3100): 구조체, 3104: 기재, 3105: 피복부, 3113: 표층 부근, 3114: 기재 계면 근방, 3121: 미립자, 3122: 결정자, 3123: 활성 영역10: ultra-fine particle structure forming device for plasma sources, 101: brittle material crosslinked structure region, 102: brittle material particles, 103: voids, 104: crosslinked structure, 105: brittle material particles, 106: brittle material particles, 107: amorphous structure 111: deposition chamber, 112: nozzle, 113: coil, 114: vacuum pipe, 115: vacuum pump, 116: aerosol generator, 117: transfer pipe, 118: pressure gauge, 119: substrate, 120: brittle material particle, 121: surface activated ultrafine particle, 122: brittle material structure, 201: brittle material particle, 202: 3-dimensional network, 301: alumina particle, 302: space, 303a: particle outermost surface, 303b: particle outermost surface Surface, 1001: brittle material structure, 1002: base material, 1010: single crystal fine particle, 1013: active region, 1021: fine particle, 1021a: fine particle, 1021b: fine particle, 1022: crystallite, 1023: active region, 1030: agglomerated powder, 1031: Raw material fine particles, 1031: polycrystalline fine particles, 1032: crystallites, 1033: active area, 1040: fine particles, 1041: raw material fine particles, 1044: active area formed by impact grinding, 1045: inactive area, 1050: fine particle, 1053: active area, 1054: active region formed by impact grinding, 1080: plasma, 1100: structure, 1101: fine particle, 1101a: fine particle, 1101b: fine particle, 1102: crystallite, 1103: active region, 1104: substrate, 1200: structure, 1201: fine particle , 1201a: fine particle, 1201b: fine particle, 1202: crystallite, 1203: active region, 1204: base material, 1205: coating portion, 1206: crystallite, 1211: surface layer, 1212: fine particle surface layer, 1300: structure, 1301: fine particle, 1302: 1303: active region, 1304: substrate, 1307: voids, 1501: raw material fine particles, 1600: structure, 1604: substrate, 1 605 coating layer, 1700 structure, 1704 substrate, 1705 coating layer, 1800 structure, 1804 substrate, 1805 coating layer, 1905a coating portion, 1905b coating portion, 1921a cellophane tape, 1921b polyimide tape, 2000 : structure manufacturing equipment, 2101: plasma generating gas cylinder, 2102: gas transport pipe, 2103: aerosol generator, 2104: aerosol conveying pipe, 2105: grinder, 2106: aerosol conveying pipe, 2107: structure manufacturing unit, 2108: plasma generation 2109: plasma generator, 2110: nozzle, 2111: substrate, 2112: step, 2113: vacuum pump, 2301: raw material particle, 2302: particle, 2303: active region, 2305: coating layer, 2307: structure, 3004: substrate , 3005: coated portion, 3014: substrate, 3015: coated portion, 3100: inclined structure, (3100): structure, 3104: substrate, 3105: coated portion, 3113: surface layer vicinity, 3114: substrate interface vicinity, 3121: fine particles, 3122: determinant; 3123: active region

Claims (19)

복수의 취성 입자를 가지는 취성 입자 집합체를 구비하는 구조체로서,
상기 취성 입자는 세라믹, 금속간 화합물, 고분자 폴리머 재료 및 반도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 결정 구조를 가지는 재료로 구성되고,
상기 취성 입자 집합체는, 서로 인접하여 배치되며, 또한 주위에 취성 재료 영역을 구비하는 상기 취성 입자가, 상기 취성 재료 영역에 의해 가교됨으로써, 상기 취성 입자 간을 결합하고, 상기 취성 입자의 이동을 저지하는 취성 재료 가교 구조체 영역을 구비하고,
상기 취성 입자는, 상기 취성 입자의 내부에 배치되고 상기 취성 입자를 구성하는 결정이 미세화된 복수의 결정자와, 상기 취성 입자의 표면을 덮는 상기 취성 재료 영역을 구비하고,
상기 취성 재료 영역의 두께는 100nm 이하이며,
상기 취성 재료 가교 구조체 영역은 상기 취성 입자의 각 표면에 따른 형상을 가지며,
상기 취성 입자는, 결정자 크기가 1nm 이상 300nm 이하인 결정자를 갖고,
상기 구조체는 압축 잔류 응력을 구비하는 것을 특징으로 하는 구조체.
A structure having a brittle particle aggregate having a plurality of brittle particles,
The brittle particles are made of a material having a crystal structure selected from the group consisting of ceramics, intermetallic compounds, high molecular polymer materials, and semiconductors,
In the aggregate of brittle particles, the brittle particles disposed adjacent to each other and having a brittle material region around the brittle particles are crosslinked by the brittle material region to bind the brittle particles and prevent the brittle particles from moving. a brittle material cross-linked structure region,
The brittle particle includes a plurality of crystallites disposed inside the brittle particle and in which crystals constituting the brittle particle are refined, and the brittle material region covering the surface of the brittle particle,
The thickness of the brittle material region is 100 nm or less,
The brittle material crosslinked structure region has a shape along each surface of the brittle particle,
The brittle particles have crystallites having a crystallite size of 1 nm or more and 300 nm or less,
The structure, characterized in that the structure has a compressive residual stress.
청구항 1에 있어서,
상기 취성 재료 가교 구조체 영역이 상기 취성 입자 사이에 3차원 네트워크 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 구조체.
The method of claim 1,
The structure characterized in that the brittle material crosslinked structure region has a three-dimensional network structure between the brittle particles.
청구항 1에 있어서,
상기 취성 재료 가교 구조체 영역이 비정질인 것을 특징으로 하는 구조체.
The method of claim 1,
The structure, characterized in that the brittle material cross-linked structure region is amorphous.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 취성 재료 가교 구조체 영역이 공극을 구비하는 것을 특징으로 하는 구조체.
The method of claim 1,
The structure characterized in that the brittle material crosslinked structure region has a void.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 취성 재료 가교 구조체 영역이 상기 취성 입자의 구성 원소와 동일한 원소로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조체.
The method of claim 1,
The structure characterized in that the brittle material crosslinked structure region is composed of the same element as the constituent element of the brittle particles.
청구항 1에 있어서,
상기 취성 입자의 크기가 5㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 구조체.
The method of claim 1,
Structure, characterized in that the size of the brittle particles is less than 5㎛.
청구항 1에 있어서,
상기 구조체의 경도의 상기 취성 입자의 경도에 대한 비율이 0.1 이상 1 미만인 것을 특징으로 하는 구조체.
The method of claim 1,
A structure, characterized in that the ratio of the hardness of the structure to the hardness of the brittle particles is 0.1 or more and less than 1.
청구항 1 내지 청구항 3, 청구항 5 및 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 구조체가 기재 상에 배치된 적층 구조체.
A laminated structure in which the structure according to any one of claims 1 to 3, 5, and 7 to 9 is disposed on a substrate.
청구항 10에 있어서,
상기 취성 입자는, 상기 기재에 대해 수직으로 편평한 형상인 적층 구조체.
The method of claim 10,
The brittle particle is a laminated structure having a flat shape perpendicular to the substrate.
청구항 10에 있어서,
상기 기재가 다공질체인 것을 특징으로 하는 적층 구조체.
The method of claim 10,
A laminated structure characterized in that the substrate is a porous body.
삭제delete 청구항 11에 있어서,
상기 적층 구조체는, 0.02<내부압축응력/비커스경도인 것을 특징으로 하는 적층 구조체.
The method of claim 11,
The laminated structure, characterized in that 0.02 < internal compressive stress / Vickers hardness.
청구항 11에 있어서,
상기 취성 입자의 단변/장변 값이 상기 기재의 계면 근방의 취성 입자의 값>상기 적층 구조체의 표층 부근 취성 입자의 값으로 되는 것을 특징으로 하는 적층 구조체.
The method of claim 11,
A laminated structure characterized in that the value of the short side/long side of the brittle particles is the value of the brittle particles near the interface of the substrate > the value of the brittle particles near the surface layer of the laminated structure.
청구항 11에 있어서,
상기 적층 구조체는, 절연내압 20kV/mm 이상을 가지는 것을 특징으로 하는 적층 구조체.
The method of claim 11,
The laminated structure is characterized in that the laminated structure has an insulation withstand voltage of 20 kV/mm or more.
반송 및 플라즈마 생성 가스를 공급하여, 세라믹, 금속간 화합물, 고분자 폴리머 재료 및 반도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 결정 구조를 갖는 재료로 구성된 원료의 취성 입자를 에어로졸화하고,
상기 원료의 취성 입자 중 1차 입자가 응집된 응집 입자를 1차 입자로 분쇄하고,
감압 하에서, 상기 1 차 입자의 용융점 이하의 온도에서, 비열평형 플라즈마를 이용하여, 상기 취성 입자의 중심부를 상변태 온도 이하로 억제하면서, 상기 1차 입자의 표면을 전자적으로 여기시켜 상기 1차 입자의 표면을 활성화시켜 활성 영역을 생성하고,
복수의 상기 활성 영역을 가지는 상기 1차 입자를 기재에 분출하고, 복수의 상기 활성 영역을 가지는 1차 입자를, 상기 활성 영역을 통해 접합시키는 것을 특징으로 하는 적층 구조체의 제조 방법.
Supplying a carrier and plasma generating gas to aerosolize brittle particles of a raw material composed of a material having a crystal structure selected from the group consisting of ceramics, intermetallic compounds, high molecular polymer materials and semiconductors;
Among the brittle particles of the raw material, the agglomerated particles in which the primary particles are agglomerated are pulverized into primary particles,
Under reduced pressure, using nonthermal equilibrium plasma at a temperature below the melting point of the primary particles, while suppressing the central portion of the brittle particles to a phase transformation temperature or less, the surface of the primary particles is electronically excited to activating the surface to create an active area;
A method for manufacturing a laminated structure characterized by ejecting the primary particles having a plurality of the active regions onto a substrate and bonding the primary particles having a plurality of the active regions through the active regions.
청구항 17에 있어서,
상기 1차 입자의 충돌 파쇄 효과와 플라즈마의 열적 효과에 의해, 상기 1차 입자 표면에 활성 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 적층 구조체의 제조 방법.
The method of claim 17
The manufacturing method of the laminated structure characterized by forming an active region on the surface of the primary particle by the impact crushing effect of the primary particle and the thermal effect of the plasma.
에어로졸 발생기, 분쇄기, 진공 펌프, 플라즈마 발생장치 및 상기 플라즈마 발생장치에 접속되는 노즐을 구비하고,
반송 및 플라즈마 생성 가스가 공급된 상기 에어로졸 발생기는, 세라믹, 금속간 화합물, 고분자 폴리머 재료 및 반도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 결정 구조를 갖는 재료로 구성된 원료의 취성 입자를 에어로졸화하고,
상기 플라즈마 발생장치의 전단에 상기 분쇄기를 마련하고, 상기 분쇄기는 상기 에어로졸 발생기에서 반송된 상기 원료의 취성 입자 중의 1차 입자가 응집된 응집 입자를 분쇄하여,
상기 플라즈마 발생장치로 반송하고, 분쇄된 상기 1 차 입자의 표면을 감압 하에서, 상기 1 차 입자의 용융점 이하의 온도에서, 비열평형 플라즈마를 이용하여, 상기 취성 입자의 중심부를 상변태 온도 이하로 억제하면서, 상기 1차 입자의 표면을 전자적으로 여기하여 활성화시켜 활성 영역을 생성하고,
복수의 상기 활성 영역을 가지는 상기 1 차 입자를 상기 노즐에서 분출하는 것을 특징으로 하는 적층 구조체의 제조 장치.
An aerosol generator, a grinder, a vacuum pump, a plasma generator, and a nozzle connected to the plasma generator,
The aerosol generator supplied with conveying and plasma generating gas aerosolizes brittle particles of a raw material composed of a material having a crystal structure selected from the group consisting of ceramics, intermetallic compounds, high molecular polymer materials and semiconductors;
The pulverizer is provided in front of the plasma generating device, and the pulverizer pulverizes agglomerated particles in which primary particles among the brittle particles of the raw material transported from the aerosol generator are agglomerated,
While conveying to the plasma generator, the surfaces of the pulverized primary particles are suppressed to a temperature below the melting point of the primary particles at a temperature below the melting point of the primary particles using nonthermal equilibrium plasma, while suppressing the central portion of the brittle particles to below the phase transformation temperature. , Electronically exciting and activating the surface of the primary particle to create an active region,
The manufacturing apparatus for a laminated structure characterized by ejecting the primary particles having a plurality of the active regions from the nozzle.
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